JP2014010139A - State monitoring system for dynamic facility and its method and its program - Google Patents

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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the state monitoring system of a dynamic facility capable of performing highly accurate and highly efficient state monitoring while performing processing with simple configurations when a plurality of mechanical equipment whose drive frequency is close are arranged and driven under a narrow space or an environment which is low in rigidity.SOLUTION: The state monitoring system of a dynamic facility includes: n pieces of sensors; a frequency measurement part for acquiring n pieces of composite vibration waveform signals; a fast Fourier transformation processing part for performing the fast Fourier transformation processing of the n pieces of composite vibration waveform signals to acquire a spectrum signal; a waveform separation processing part for separating only vibration wave components generated from the most adjacent vibration source among n pieces of vibration sources; an inverse fast Fourier transformation processing part for performing the inverse fast Fourier transformation processing of the spectrum signal to acquire a vibration waveform signal from the most adjacent vibration source; a residual calculation part for calculating a difference between the vibration waveform signal in a normal time and the acquired vibration waveform signal; and an evaluation part for determining that the vibration source is not normal.

Description

本発明は、複数の振動源から発生する合成振動波形を分離可能な動的設備の状態監視システムとその方法に係り、特に、振動波形の距離減衰による強度変化もしくは音響波形の指向性変化を利用して合成振動波形を分離することで、不具合を生じている動的設備の特定を可能とする動的設備の状態監視システムとその方法及びそのプログラムに関する。   The present invention relates to a dynamic equipment state monitoring system and method capable of separating synthesized vibration waveforms generated from a plurality of vibration sources, and in particular, utilizing intensity change due to distance attenuation of vibration waveform or directivity change of acoustic waveform. In addition, the present invention relates to a dynamic equipment state monitoring system, a method thereof, and a program thereof that can identify a dynamic equipment causing a problem by separating a synthesized vibration waveform.

回転電動機などの回転装置や歯車あるいは転がり軸受などを備えた動的設備においては、回転軸のミスアライメント、アンバランス又は軸受損傷、あるいは歯車部品における傷や摩耗によって正常時とは異なる振動が生じることが知られている。
このような振動は、電源周波数、回転軸の回転数、傷や摩耗の発生箇所によってその周波数や強度(振幅)が異なり、正常時に検知される振動周波数の特性とも異なるが、正常時に検知される振動周波数と混在して合成振動波形として測定されるため、異常に基づく振動波形のみを分離して分析しなければ発生している異常を検出することも困難であり、その内容を把握することも困難であった。
また、実際に生産工場や化学プラントあるいは発電所等のように複数の動的設備が同一のフロアに設置され、近接した駆動周波数にて駆動されている状態も一般的であり、それらの設備の状態監視を行うことも必要とされている。
このような状況下、従来、合成された波形から特定の波形を分離するための技術が開発されてきている。
In dynamic equipment equipped with rotating devices such as rotating motors and gears or rolling bearings, vibrations that are different from normal may occur due to misalignment of the rotating shaft, imbalance or bearing damage, or scratches or wear on gear parts. It has been known.
Such vibrations vary in frequency and intensity (amplitude) depending on the power supply frequency, the number of rotations of the rotating shaft, and where the scratches and wear occur, and differ in the characteristics of the vibration frequency detected in the normal state, but are detected in the normal state. Because it is measured as a composite vibration waveform mixed with vibration frequency, it is difficult to detect the abnormality that has occurred unless only the vibration waveform based on the abnormality is separated and analyzed. It was difficult.
Also, it is common that a plurality of dynamic facilities are actually installed on the same floor, such as production factories, chemical plants or power plants, and are driven at close drive frequencies. There is also a need for state monitoring.
Under such circumstances, conventionally, techniques for separating a specific waveform from a synthesized waveform have been developed.

例えば、特許文献1には、「波形分離プログラム及びその方法」という名称で、一方の基本波形すら判明していない複数合成波形が存在する場合にそれぞれの波形を波形分離することができる波形分離プログラムが開示されている。
この波形分離プログラムでは、一方の合成波形を任意倍して他方の合成波形との差分波形を求め、求めた差分波形のうち1つを基本波形として仮定しこの基本候補波形を任意倍して分離波形として仮定しこの分離候補波形と同様に求めたもう一つの分離候補波形とを合成し合成波形として仮定し合成候補波形と一方の合成波形とを比較して第1の誤差を求め、他方の合成波形とも比較して第2の誤差を求め、前記各手段を用いて複数の合成候補波形を求めて第1の誤差及び第2の誤差をさらに求め、その中で第1の誤差と第2の誤差との和が最小であり、合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じである合成候補波形を特定し、その合成候補波形を構成する分離候補波形を出力するというものである。
For example, Patent Document 1 discloses a waveform separation program that can separate each waveform when there is a plurality of synthesized waveforms that are not known even with one basic waveform under the name “waveform separation program and method”. Is disclosed.
In this waveform separation program, one of the combined waveforms is arbitrarily multiplied to obtain a difference waveform from the other synthesized waveform, one of the obtained difference waveforms is assumed as a basic waveform, and this basic candidate waveform is arbitrarily multiplied and separated. Assuming a waveform, another separation candidate waveform obtained in the same manner as this separation candidate waveform is synthesized and assumed as a synthesis waveform, and the synthesis candidate waveform is compared with one synthesis waveform to obtain the first error, and the other is obtained. The second error is obtained by comparison with the synthesized waveform, and a plurality of candidate synthesis waveforms are obtained by using each of the means, and the first error and the second error are further obtained. The combination candidate waveform having the smallest sum of the errors and the combination of the basic candidate waveforms forming the combination candidate waveform is identified, and the separation candidate waveform forming the combination candidate waveform is output.

また、特許文献2では、「雑音除去方法、雑音除去装置及びプログラム」という名称で楽音信号にパルシブなノイズを除去する技術が開示されている。この技術では、パルシブなノイズが含まれる一定時間分、パルシブなノイズが含まれない部分をシフトして合成波形を得るというものである。   Patent Document 2 discloses a technique for removing pulsating noise from a musical tone signal under the name of “noise removal method, noise removal apparatus and program”. In this technique, a synthesized waveform is obtained by shifting a portion that does not include the pulsating noise by a certain amount of time that includes the pulsating noise.

特開2007−93555号公報JP 2007-93555 A 特開2005−309464号公報JP 2005-309464 A

しかしながら、特許文献1に開示された発明においては、時間領域における処理であり、合成候補波形の誤差の和を最小にするという原理で波形の分離を行っている。この手法では分離すべき周波数成分を完全に取除く事(0にする事)は不可能であるという課題があった。また、特許文献1に開示される発明では動的設備の正常時に発生する統計的にランダムな性質を持つ周波数成分を正確に再現または残す事は不可能であるため設備の状態監視を高精度で行う上で必要な情報を得ることは困難であるという課題があった。   However, in the invention disclosed in Patent Document 1, the processing is performed in the time domain, and the waveform separation is performed on the principle of minimizing the sum of errors of the synthesis candidate waveform. In this method, there is a problem that it is impossible to completely remove the frequency component to be separated (to zero). In addition, in the invention disclosed in Patent Document 1, it is impossible to accurately reproduce or leave a frequency component having a statistically random property generated when a dynamic facility is normal. There has been a problem that it is difficult to obtain information necessary for performing.

また、特許文献2に開示された発明においては、異常に基づく振動波形を分離するというよりも削除してしまうので、重畳している正常な振動波形も削除されてしまい、精度の高い分離方法とは言えないという課題があった。   Further, in the invention disclosed in Patent Document 2, since the vibration waveform based on the abnormality is deleted rather than separated, the superimposed normal vibration waveform is also deleted, and a highly accurate separation method and There was a problem that could not be said.

本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、狭空間や剛性の低い環境下において駆動周波数の近い複数の機械設備が配置、駆動されている場合に、簡易な構成で処理を行いつつも、高精度かつ高効率な状態監視が可能な動的設備の状態監視システムとその方法とそのプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in response to such a conventional situation, and has a simple configuration when a plurality of mechanical equipments having close drive frequencies are arranged and driven in a narrow space or a low rigidity environment. It is an object of the present invention to provide a dynamic equipment state monitoring system, a method thereof, and a program thereof that are capable of highly accurate and highly efficient state monitoring while performing processing.

上記目的を達成するため、請求項1記載の発明に係る動的設備の状態監視システムにおいては、n(n:2以上の整数)個の振動源が存在する環境において、前記n個の振動源から発生する合成振動波形を分離可能な動的設備の状態監視システムであって、前記n個の振動源から発生する合成振動波を受信可能なn個のセンサと、前記n個のセンサで受信された合成振動波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号を得る周波数測定部と、前記周波数測定部で得られたn個の合成振動波形信号を高速フーリエ変換(以下、高速フーリエ変換をFFTと呼ぶこともある)処理してスペクトル信号を得る高速フーリエ変換処理部と、前記高速フーリエ変換処理部で得られたn個のスペクトル信号に対して、スペクトル毎に強度の差分を取って、他のいずれのスペクトル信号に対しても差分が正となるスペクトルのスペクトル信号のみを残して、他のスペクトルのスペクトル信号については0として、前記n個の振動源の内、最も近接する振動源から発生する振動波成分のみを分離する波形分離処理部と、前記波形分離処理部で分離されたスペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理して最も近接する振動源からの振動波形信号を得る逆高速フーリエ変換処理部と、予め測定した前記最も近接する振動源からの正常時の振動波形信号と前記逆高速フーリエ変換処理部から得られた前記最も近接する振動源からの振動波形信号の差分を演算する残差算出部と、前記差分を所望のしきい値と比較して前記しきい値よりも乖離が大きい場合に前記最も近接する振動源が正常でないと判断する評価部と、を有することを特徴とする。
上記構成の動的設備の状態監視システムにおいては、波形分離処理部がスペクトル毎にn個のスペクトル信号とそのスペクトル信号自身以外のスペクトル信号との差分を取って、他のいずれのスペクトル信号に対しても差分が正となるスペクトルのスペクトル信号のみを残して、他のスペクトルのスペクトル信号については0とすることで、距離減衰したスペクトル信号を排除して、そのセンサからの合成振動波形信号の中から最も近接する振動源からの振動波形信号として抽出する作用を有する。また、残差出力部で最も近接する振動源の振動波形信号とその正常時の振動波形信号の差分を演算し、評価部はその差分と所望のしきい値を比較して乖離が大きい場合に、先の波形分離処理部で抽出された振動波形信号が正常ではないと評価し、もって最も近接する振動源が正常でないと評価するように作用する。
なお、n個のセンサは必ずしもn個存在しなければならないというわけではなく、動的設備が定常状態で稼働されている場合では例えば1個のセンサをn個の振動源近傍にそれぞれ移動させて、すなわち、n回受信に用いてもよい。すなわち、このn個のセンサは「のべ」n個のセンサの意である。以下、本願において同様である。
In order to achieve the above object, in the dynamic equipment state monitoring system according to the first aspect of the present invention, in an environment where n (n is an integer of 2 or more) vibration sources exist, the n vibration sources. A dynamic facility state monitoring system capable of separating a combined vibration waveform generated from the n number of sensors capable of receiving the combined vibration wave generated from the n number of vibration sources and received by the n number of sensors. A frequency measurement unit that obtains n synthesized vibration waveform signals by processing the synthesized vibration waves, and fast Fourier transform (hereinafter referred to as fast Fourier transform) of the n synthesized vibration waveform signals obtained by the frequency measurement unit. (Sometimes referred to as FFT) to obtain a spectral signal by processing, and for the n spectral signals obtained by the fast Fourier transform processing unit, take a difference in intensity for each spectrum, Only the spectrum signal of the spectrum having a positive difference with respect to any of the spectrum signals is left, and the spectrum signal of the other spectrum is set to 0, and is generated from the nearest vibration source among the n vibration sources. A waveform separation processing unit that separates only the vibration wave component to be processed, and an inverse fast Fourier transform processing that obtains a vibration waveform signal from the nearest vibration source by performing an inverse fast Fourier transform process on the spectrum signal separated by the waveform separation processing unit And a residual for calculating the difference between the vibration waveform signal at normal time from the closest vibration source measured in advance and the vibration waveform signal from the closest vibration source obtained from the inverse fast Fourier transform processing unit. The calculation unit and evaluation for comparing the difference with a desired threshold value and determining that the closest vibration source is not normal when the deviation is larger than the threshold value And having a, the.
In the dynamic equipment state monitoring system having the above configuration, the waveform separation processing unit takes the difference between n spectrum signals for each spectrum and a spectrum signal other than the spectrum signal itself, Even if only the spectrum signal of the spectrum with the positive difference is left, the spectrum signal of the other spectrum is set to 0, so that the spectrum signal attenuated by the distance is excluded, and the synthesized vibration waveform signal from the sensor is excluded. To extract as a vibration waveform signal from the vibration source closest to. Also, the difference between the vibration waveform signal of the closest vibration source and the normal vibration waveform signal at the residual output unit is calculated, and the evaluation unit compares the difference with a desired threshold value and the difference is large. The vibration waveform signal extracted by the previous waveform separation processing unit is evaluated as not normal, and thus the closest vibration source is evaluated as not normal.
Note that n sensors do not necessarily have to exist. When the dynamic equipment is operating in a steady state, for example, one sensor is moved to each of n vibration sources. That is, it may be used for reception n times. In other words, the n sensors mean “total” n sensors. The same applies hereinafter.

請求項2記載の発明に係る動的設備の状態監視システムは、請求項1記載の動的設備の状態監視システムにおいて、前記周波数測定部で得られたn個の合成振動波形信号をエンベロープ処理するエンベロープ処理部を備え、前記高速フーリエ変換処理部は、前記エンベロープ処理部で生成されるエンベロープ処理後合成振動波形信号を入力し、高速フーリエ変換処理してスペクトル信号を得ることを特徴とする。
上記構成の動的設備の状態監視システムにおいては、請求項1に記載の発明に作用に加えて、エンベロープ処理部が生の合成振動波形の絶対値をとり、これをローパスフィルタによって平滑化する作用を有する。従って、このエンベロープ処理部で生成されるエンベロープ処理後合成振動波形信号には細かい衝撃的な自由振動成分は存在せず、動的設備の回転軸のミスアライメント、アンバランス又は軸受損傷、あるいは歯車部品における傷や摩耗に伴う異常振動の周期にあわせて緩やかに変動する合成振動波形信号が生成されるという作用を有する。
A dynamic equipment state monitoring system according to a second aspect of the present invention is the dynamic equipment state monitoring system according to the first aspect, wherein the n synthetic vibration waveform signals obtained by the frequency measuring unit are envelope-processed. An envelope processing unit is provided, and the fast Fourier transform processing unit inputs a post-envelope synthesized vibration waveform signal generated by the envelope processing unit, and performs a fast Fourier transform process to obtain a spectrum signal.
In the state monitoring system for dynamic equipment having the above-described configuration, in addition to the operation of the first aspect, the envelope processing unit takes the absolute value of the raw composite vibration waveform and smoothes it with a low-pass filter. Have Therefore, the post-envelope synthesized vibration waveform signal generated by the envelope processing unit does not have a fine shocking free vibration component, and misalignment of the rotating shaft of the dynamic equipment, imbalance or bearing damage, or gear parts In other words, a combined vibration waveform signal is generated that gently changes in accordance with the period of abnormal vibration caused by scratches and wear.

請求項3記載の発明に係る動的設備の状態監視システムは、請求項1又は請求項2に記載の動的設備の状態監視システムにおいて、前記n個の振動源から発生する合成振動波は合成音波であり、前記合成振動波を受信可能なn個のセンサに代えて、単一指向性を備えて方向をn回転換して前記n個の振動源から発生する合成音波を測定可能なマイクロホンを備え、前記周波数測定部は、前記マイクロホンで受信された合成音波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号としてn個の合成音波形信号を得ることを特徴とする。
上記構成の動的設備の状態監視システムにおいては、請求項1及び請求項2におけるn個のセンサに代えて、単一指向性を備えた1個のマイクロホンを用いて方向をn回転換させることで、この1個のマイクロホンがn個のセンサと同様にn個の合成音波形信号を受信するように作用する。その他の作用は、請求項1又は請求項2に記載の発明の作用と同様である。
The dynamic facility state monitoring system according to claim 3 is the dynamic facility state monitoring system according to claim 1 or 2, wherein the synthesized vibration waves generated from the n vibration sources are combined. Instead of n sensors that are sound waves and can receive the synthesized vibration wave, a microphone that can measure the synthesized sound wave generated from the n vibration sources by changing the direction n times with a single directivity. And the frequency measuring unit processes each of the synthesized sound waves received by the microphone to obtain n number of synthesized sound waveform signals as n number of synthesized vibration waveform signals.
In the dynamic equipment state monitoring system having the above configuration, the direction is changed n times by using one microphone having unidirectionality instead of the n sensors in claims 1 and 2. Thus, this single microphone acts to receive n synthetic sound waveform signals in the same manner as the n sensors. Other functions are the same as those of the first or second aspect of the invention.

請求項4記載の発明に係る動的設備の状態監視方法は、n(n:2以上の整数)個の振動源が存在する環境において、前記n個の振動源から発生する合成振動波形を分離可能な動的設備の状態監視方法であって、前記n個の振動源から発生する合成振動波をn個のセンサを用いて受信する受信工程と、前記受信工程で受信された合成振動波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号を得る周波数測定工程と、前記周波数測定工程で得られたn個の合成振動波形信号を高速フーリエ変換処理してスペクトル信号を得る高速フーリエ変換処理工程と、前記高速フーリエ変換処理工程で得られたn個のスペクトル信号に対して、スペクトル毎に強度の差分を取って、他のいずれのスペクトル信号に対しても差分が正となるスペクトルのスペクトル信号のみを残して、他のスペクトルのスペクトル信号については0として、前記n個の振動源の内、最も近接する振動源から発生する振動波成分のみを分離する波形分離処理工程と、前記波形分離処理工程で分離されたスペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理して最も近接する振動源からの振動波形信号を得る逆高速フーリエ変換処理工程と、予め測定した前記最も近接する振動源からの正常時の振動波形信号と前記逆高速フーリエ変換処理工程で得られた前記最も近接する振動源からの振動波形信号の差分を演算する残差算出工程と、前記差分を所望のしきい値と比較して前記しきい値よりも乖離が大きい場合に前記最も近接する振動源が正常でないと判断する評価工程と、を有することを特徴とする。
上記構成の動的設備の状態監視方法においては、請求項1に記載される動的設備の状態監視システムを方法発明として捉えたものであり、その作用は請求項1記載の動的設備の状態監視システムと同様である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a dynamic facility state monitoring method for separating synthesized vibration waveforms generated from n vibration sources in an environment where n (n is an integer of 2 or more) vibration sources exist. A method for monitoring the state of a possible dynamic facility, wherein a reception step of receiving a composite vibration wave generated from the n vibration sources using n sensors, and a composite vibration wave received in the reception step A frequency measurement process for obtaining n synthesized vibration waveform signals by processing each of the signals, and a fast Fourier transform process for obtaining a spectrum signal by performing a fast Fourier transform process on the n synthesized vibration waveform signals obtained in the frequency measurement process; The spectrum of the spectrum in which the difference in intensity is obtained for each spectrum with respect to the n spectrum signals obtained in the fast Fourier transform process, and the difference is positive with respect to any other spectrum signal. The waveform separation processing step for separating only the vibration wave component generated from the nearest vibration source among the n vibration sources with the spectral signal of the other spectrum being set to 0, leaving only the signal, and the waveform separation An inverse fast Fourier transform processing step for obtaining a vibration waveform signal from the nearest vibration source by performing an inverse fast Fourier transform process on the spectrum signal separated in the processing step, and a normal time from the nearest vibration source measured in advance A residual calculation step of calculating a difference between the vibration waveform signal and the vibration waveform signal from the nearest vibration source obtained in the inverse fast Fourier transform processing step, and comparing the difference with a desired threshold value An evaluation step of determining that the closest vibration source is not normal when the deviation is larger than a threshold value.
In the dynamic equipment state monitoring method having the above-described configuration, the dynamic equipment state monitoring system according to claim 1 is regarded as a method invention, and the operation thereof is the state of the dynamic equipment according to claim 1. It is the same as the monitoring system.

請求項5記載の発明に係る動的設備の状態監視方法は、請求項4記載の動的設備の状態監視方法において、前記周波数測定工程で得られたn個の合成振動波形信号をエンベロープ処理するエンベロープ処理工程を備え、前記高速フーリエ変換処理工程は、前記エンベロープ処理工程で生成されるエンベロープ処理後合成振動波形信号を入力し、高速フーリエ変換処理してスペクトル信号を得ることを特徴とする。
上記構成の動的設備の状態監視方法においては、請求項2に記載される動的設備の状態監視システムを方法発明として捉えたものであり、その作用は請求項2記載の動的設備の状態監視システムと同様である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the dynamic equipment state monitoring method according to the fourth aspect, wherein the n synthetic vibration waveform signals obtained in the frequency measurement step are enveloped. An envelope processing step, wherein the fast Fourier transform processing step receives the post-envelope synthesized vibration waveform signal generated in the envelope processing step and performs a fast Fourier transform process to obtain a spectrum signal.
In the dynamic equipment state monitoring method having the above-described configuration, the dynamic equipment state monitoring system according to claim 2 is regarded as a method invention, and the operation thereof is the state of the dynamic equipment according to claim 2. It is the same as the monitoring system.

請求項6記載の発明に係る動的設備の状態監視方法は、請求項4又は請求項5に記載の動的設備の状態監視方法において、前記n個の振動源から発生する合成振動波は合成音波であり、前記受信工程は、前記n個のセンサに代えて、単一指向性を備えて方向をn回転換して前記n個の振動源から発生する合成音波をマイクロホンを用いて測定する受信工程であって、前記周波数測定工程は、前記マイクロホンで受信された合成音波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号としてn個の合成音波形信号を得ることを特徴とする。
上記構成の動的設備の状態監視方法においては、請求項3に記載される動的設備の状態監視システムを方法発明として捉えたものであり、その作用は請求項3記載の動的設備の状態監視システムと同様である。
The dynamic equipment state monitoring method according to claim 6 is the dynamic equipment state monitoring method according to claim 4 or 5, wherein the synthesized vibration waves generated from the n vibration sources are synthesized. Instead of the n sensors, the receiving step measures a synthetic sound wave generated from the n vibration sources by changing the direction n times with a single directivity using a microphone. In the receiving step, the frequency measuring step processes the synthesized sound waves received by the microphone to obtain n number of synthesized sound waveform signals as n number of synthesized vibration waveform signals.
In the dynamic equipment state monitoring method having the above-described configuration, the dynamic equipment state monitoring system according to claim 3 is regarded as a method invention, and the action thereof is the state of the dynamic equipment according to claim 3. It is the same as the monitoring system.

請求項7記載の発明に係る動的設備の状態監視プログラムは、コンピュータによって、n個の振動源から発生する合成振動波形を分離するために実行される動的設備の状態監視プログラムであって、前記n個の振動源から発生する合成振動波をn個のセンサを用いて受信する受信工程と、前記受信工程で受信された合成振動波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号を得る周波数測定工程と、前記周波数測定工程で得られたn個の合成振動波形信号を高速フーリエ変換処理してスペクトル信号を得る高速フーリエ変換処理工程と、前記高速フーリエ変換処理工程で得られたn個のスペクトル信号に対して、スペクトル毎に強度の差分を取って、他のいずれのスペクトル信号に対しても差分が正となるスペクトルのスペクトル信号のみを残して、他のスペクトルのスペクトル信号については0として、前記n個の振動源の内、最も近接する振動源から発生する振動波成分のみを分離する波形分離処理工程と、前記波形分離処理工程で分離されたスペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理して最も近接する振動源からの振動波形信号を得る逆高速フーリエ変換処理工程と、予め測定した前記最も近接する振動源からの正常時の振動波形信号と前記逆高速フーリエ変換処理工程で得られた前記最も近接する振動源からの振動波形信号の差分を演算する残差算出工程と、前記差分を所望のしきい値と比較して前記しきい値よりも乖離が大きい場合に前記最も近接する振動源が正常でないと判断する評価工程と、を実行させることを特徴とする。
上記構成の動的設備の状態監視プログラムにおいては、請求項4に記載される動的設備の状態監視方法をプログラム発明として捉えたものであり、その作用は請求項4記載の動的設備の状態監視方法と同様である。
The dynamic facility state monitoring program according to the invention of claim 7 is a dynamic facility state monitoring program executed by a computer to separate a composite vibration waveform generated from n vibration sources, A reception step for receiving the composite vibration wave generated from the n vibration sources using the n sensors, and a composite vibration wave received in the reception step are respectively processed to obtain n composite vibration waveform signals. A frequency measurement step, a fast Fourier transform processing step for obtaining a spectrum signal by performing a fast Fourier transform process on the n synthesized vibration waveform signals obtained in the frequency measurement step, and n obtained in the fast Fourier transform process step For each spectrum signal, the difference in intensity is taken for each spectrum, and only the spectrum signal of the spectrum for which the difference is positive for any other spectrum signal remains. Thus, the spectrum signal of the other spectrum is set to 0, and the waveform separation processing step for separating only the vibration wave component generated from the nearest vibration source among the n vibration sources is separated by the waveform separation processing step. An inverse fast Fourier transform processing step for obtaining a vibration waveform signal from the closest vibration source by performing an inverse fast Fourier transform process on the spectrum signal, and a normal vibration waveform signal from the closest vibration source measured in advance, A residual calculation step of calculating a difference between the vibration waveform signals from the closest vibration source obtained in the inverse fast Fourier transform processing step, and comparing the difference with a desired threshold value from the threshold value; And an evaluation step of determining that the closest vibration source is not normal when the deviation is large.
In the dynamic equipment state monitoring program having the above-described configuration, the dynamic equipment state monitoring method described in claim 4 is regarded as a program invention, and the action thereof is the state of the dynamic equipment according to claim 4. This is the same as the monitoring method.

請求項8記載の発明に係る動的設備の状態監視プログラムは、前記周波数測定工程で得られたn個の合成振動波形信号をエンベロープ処理するエンベロープ処理工程を備え、前記高速フーリエ変換処理工程は、前記エンベロープ処理工程で生成されるエンベロープ処理後合成振動波形信号を入力し、高速フーリエ変換処理してスペクトル信号を得ることを特徴とする。
上記構成の動的設備の状態監視プログラムにおいては、請求項5に記載される動的設備の状態監視方法をプログラム発明として捉えたものであり、その作用は請求項5記載の動的設備の状態監視方法と同様である。
という作用を有する。
The dynamic facility state monitoring program according to the invention of claim 8 includes an envelope processing step of performing envelope processing on the n synthesized vibration waveform signals obtained in the frequency measurement step, and the fast Fourier transform processing step includes: A post-envelope synthesized vibration waveform signal generated in the envelope processing step is input, and a fast Fourier transform process is performed to obtain a spectrum signal.
In the dynamic equipment state monitoring program having the above configuration, the dynamic equipment state monitoring method described in claim 5 is regarded as a program invention, and the operation thereof is the state of the dynamic equipment according to claim 5. This is the same as the monitoring method.
It has the action.

請求項9記載の発明に係る動的設備の状態監視プログラムは、前記n個の振動源から発生する合成振動波は合成音波であり、前記受信工程は、前記n個のセンサに代えて、単一指向性を備えて方向をn回転換して前記n個の振動源から発生する合成音波をマイクロホンを用いて測定する受信工程であって、前記周波数測定工程は、前記マイクロホンで受信された合成音波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号としてn個の合成音波形信号を得ることを特徴とする。
上記構成の動的設備の状態監視プログラムにおいては、請求項6に記載される動的設備の状態監視方法をプログラム発明として捉えたものであり、その作用は請求項6記載の動的設備の状態監視方法と同様である。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the dynamic facility state monitoring program, wherein the synthesized vibration wave generated from the n number of vibration sources is a synthesized sound wave, and the reception step is performed in place of the n number of sensors. A receiving step of measuring a synthesized sound wave generated from the n number of vibration sources using a microphone by changing the direction n times with one directivity, wherein the frequency measuring step is a synthesis received by the microphone. Each of the sound waves is processed to obtain n synthetic sound waveform signals as n synthetic vibration waveform signals.
In the dynamic facility state monitoring program having the above-described configuration, the dynamic facility state monitoring method described in claim 6 is regarded as a program invention, and the operation thereof is the state of the dynamic facility according to claim 6. This is the same as the monitoring method.

本発明の請求項1記載の動的設備の状態監視システムによれば、センサで受信され周波数測定部で得られた合成振動波形信号を高速フーリエ変換処理部でスペクトル信号に変換されるため、スペクトル毎に波形分離処理部でn個の振動源の合成振動波形信号から最も近接する振動源の振動波形信号を抽出することができる。従って、異常となっている振動源の特定が容易かつ高精度に可能である。
また、センサを振動源の数と同じn個設けることで、いずれの振動源から異常な振動が発生しているかどうかを検出することが可能であり、波形分離処理部はそのn個のセンサから受信されたn個の合成振動波形信号を前述のとおりスペクトル毎にそれぞれ比較して差分を取り、すべての差分が正となるスペクトルのスペクトル信号を残して、他のセンサから得られたそのスペクトルのスペクトル信号は0とすることで、振動源に最も近接したセンサで受信された振動波形のみを効率的かつ高精度に分離することができる。
従って、動的設備の状態監視を効率的かつ高精度に実施することができる。
さらには、動的設備の状態監視が効率的かつ高精度に実施できるようになれば、時間基準保全(Time Based Maintenance)に基づいたメンテナンス政策においてはメンテナンス間隔をより長くすることができるためメンテナンスコストの抑制や予備部品の在庫数を抑えることができるなどの長所がある。さらに、設備等の突発停止を未然に防ぐことができるため損傷を最小限に抑えることができる。
According to the dynamic facility state monitoring system of the first aspect of the present invention, the synthesized vibration waveform signal received by the sensor and obtained by the frequency measuring unit is converted into a spectrum signal by the fast Fourier transform processing unit. Each time, the waveform separation processing unit can extract the vibration waveform signal of the closest vibration source from the combined vibration waveform signals of the n vibration sources. Therefore, the abnormal vibration source can be easily identified with high accuracy.
Further, by providing n sensors as many as the number of vibration sources, it is possible to detect whether or not abnormal vibration has occurred from any of the vibration sources, and the waveform separation processing unit can detect from the n sensors. As described above, the received n synthesized vibration waveform signals are compared for each spectrum, and a difference is obtained. A spectrum signal of a spectrum in which all the differences are positive is left, and the spectrum of the spectrum obtained from another sensor is obtained. By setting the spectrum signal to 0, only the vibration waveform received by the sensor closest to the vibration source can be separated efficiently and with high accuracy.
Therefore, it is possible to efficiently and highly accurately monitor the state of the dynamic facility.
Furthermore, if the status of dynamic equipment can be monitored efficiently and with high accuracy, the maintenance policy based on time-based maintenance can increase the maintenance interval, and thus maintenance costs. There are advantages such as being able to reduce the number of spare parts and the number of spare parts. Furthermore, since sudden stoppage of facilities and the like can be prevented in advance, damage can be minimized.

本発明の請求項2記載の動的設備の状態監視システムによれば、エンベロープ処理部を備えて合成振動波形を平滑化することができるので、ノイズを排除することができる。従って、合成振動波形に含まれる異常振動に伴う振動波形をより抽出し易くすることができる。   According to the dynamic facility state monitoring system of the second aspect of the present invention, since the envelope processing unit can be provided to smooth the synthesized vibration waveform, noise can be eliminated. Therefore, it is possible to more easily extract the vibration waveform accompanying the abnormal vibration included in the combined vibration waveform.

本発明の請求項3記載の動的設備の状態監視システムによれば、動的設備から生じる音を測定することでその状態監視を行うことが可能である。また、単一指向性のあるマイクロホンを用いて方向をn回転換することでセンサの数を減らすことが可能であり、より効率的に音波の測定を行うことができると同時にコストを低減することも可能である。   According to the dynamic facility state monitoring system of the third aspect of the present invention, it is possible to monitor the state by measuring the sound generated from the dynamic facility. In addition, the number of sensors can be reduced by changing the direction n times using a unidirectional microphone, so that sound waves can be measured more efficiently and at the same time the cost can be reduced. Is also possible.

本発明の請求項4記載の動的設備の状態監視方法は請求項1に記載の動的設備の状態監視システムを方法発明として捉えた発明であるので、その効果は請求項1に記載の発明と同様である。   Since the dynamic equipment state monitoring method according to claim 4 of the present invention is an invention which captures the dynamic equipment state monitoring system according to claim 1 as a method invention, the effect thereof is the invention according to claim 1. It is the same.

本発明の請求項5記載の動的設備の状態監視方法は請求項2に記載の動的設備の状態監視システムを方法発明として捉えた発明であるので、その効果は請求項2に記載の発明と同様である。   Since the dynamic equipment state monitoring method according to claim 5 of the present invention is an invention in which the dynamic equipment state monitoring system according to claim 2 is regarded as a method invention, the effect thereof is the invention according to claim 2. It is the same.

本発明の請求項6記載の動的設備の状態監視方法は請求項3に記載の動的設備の状態監視システムを方法発明として捉えた発明であるので、その効果は請求項3に記載の発明と同様である。   Since the dynamic equipment state monitoring method according to claim 6 of the present invention is an invention which grasps the dynamic equipment state monitoring system according to claim 3 as a method invention, the effect thereof is the invention according to claim 3. It is the same.

本発明の請求項7記載の動的設備の状態監視プログラムは請求項4に記載の動的設備の状態監視方法をソフトウェア発明として捉えた発明であるので、その効果は請求項4に記載の発明と同様である。   Since the dynamic equipment state monitoring program according to claim 7 of the present invention is an invention that captures the dynamic equipment state monitoring method according to claim 4 as a software invention, the effect thereof is the invention according to claim 4. It is the same.

本発明の請求項8記載の動的設備の状態監視プログラムは請求項5に記載の動的設備の状態監視方法をソフトウェア発明として捉えた発明であるので、その効果は請求項5に記載の発明と同様である。   Since the dynamic equipment state monitoring program according to claim 8 of the present invention is an invention that captures the dynamic equipment state monitoring method according to claim 5 as a software invention, the effect thereof is the invention according to claim 5. It is the same.

本発明の請求項9記載の動的設備の状態監視プログラムは請求項6に記載の動的設備の状態監視方法をソフトウェア発明として捉えた発明であるので、その効果は請求項6に記載の発明と同様である。   Since the dynamic facility state monitoring program according to claim 9 of the present invention is an invention that captures the dynamic facility state monitoring method according to claim 6 as a software invention, the effect thereof is the invention according to claim 6. It is the same.

本発明の実施の形態に係る動的設備の状態監視システムのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a dynamic facility state monitoring system according to an embodiment of the present invention. 本実施の形態に係る動的設備の状態監視システムにおける信号処理のフローチャートである。It is a flowchart of the signal processing in the state monitoring system of the dynamic installation which concerns on this Embodiment. 本発明の実施例の動的設備の状態監視システムを用いて行った試験における監視対象の動的設備の構成とセンサの配置を示す写真である。It is a photograph which shows the structure and sensor arrangement | positioning of the dynamic equipment of the monitoring object in the test conducted using the state monitoring system of the dynamic equipment of the Example of this invention. (a)は実施例における主軸側のセンサ及び振動周波数測定部で測定された合成振動波形信号を示すグラフであり、(b)は従動軸側のセンサ及び振動周波数測定部で測定された合成振動波形信号を示すグラフである。(A) is a graph which shows the synthetic | combination vibration waveform signal measured with the sensor and vibration frequency measurement part of the main shaft side in an Example, (b) is the synthetic vibration measured with the sensor and vibration frequency measurement part of the driven shaft side. It is a graph which shows a waveform signal. (a)は実施例における主軸側のセンサ及び振動周波数測定部で測定された合成振動波形信号を高速フーリエ変換処理部によって高速フーリエ変換処理した合成振動波形スペクトル信号を示すグラフであり、(b)は実施例における従動軸側のセンサ及び振動周波数測定部で測定された合成振動波形信号を高速フーリエ変換処理部によって高速フーリエ変換処理した合成振動波形スペクトル信号を示すグラフである。(c)は(a)に示す合成振動波形スペクトル信号の周波数の0から70Hzの範囲を抽出したグラフであり、(d)は(b)に示す合成振動波形スペクトル信号の周波数の0から70Hzの範囲を抽出したグラフである。(A) is a graph showing a combined vibration waveform spectrum signal obtained by performing a fast Fourier transform process on the combined vibration waveform signal measured by the spindle-side sensor and vibration frequency measurement unit in the embodiment, and (b) These are the graphs which show the synthetic | combination vibration waveform spectrum signal which carried out the fast Fourier transform process of the synthetic | combination vibration waveform signal measured by the sensor and vibration frequency measurement part in the driven shaft side in an Example. (C) is the graph which extracted the range of 0 to 70 Hz of the frequency of the synthetic vibration waveform spectrum signal shown to (a), (d) is 0 to 70 Hz of the frequency of the synthetic vibration waveform spectrum signal shown to (b). It is the graph which extracted the range. 実施例における主軸側の合成振動波形スペクトル信号を波形分離処理部で波形分離処理した分離振動波形スペクトル信号と波形分離処理されたスペクトル信号を併せて示すグラフである。It is a graph which shows together the separated vibration waveform spectrum signal which carried out waveform separation processing of the synthetic vibration waveform spectrum signal by the side of a principal axis in an example, and the spectrum signal which carried out waveform separation processing. 実施例における従動軸側の合成振動波形スペクトル信号を波形分離処理部で波形分離処理した分離振動波形スペクトル信号と波形分離処理されたスペクトル信号を併せて示すグラフである。It is a graph which shows together the separated vibration waveform spectrum signal which carried out the waveform separation process of the synthetic | combination vibration waveform spectrum signal by the side of a driven shaft in an Example, and the spectrum signal by which the waveform separation process was carried out. 実施例における主軸側の合成振動波形信号と分離振動波形スペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理した後の分離振動波形信号とを比較して示すグラフである。It is a graph which compares and shows the isolation | separation vibration waveform signal after carrying out the inverse fast Fourier-transform process of the synthetic | combination vibration waveform signal by the side of a spindle in an Example, and a separation vibration waveform spectrum signal. (a)は図8で示した主軸側の合成振動波形信号と分離振動波形スペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理した後の分離振動波形信号との差分をとった差分振動波形信号を示すグラフであり、(b)は同様に従動軸側の合成振動波形信号と分離振動波形スペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理した後の分離振動波形信号との差分をとった差分振動波形信号を示すグラフである。(A) is a graph showing a differential vibration waveform signal obtained by taking a difference between the combined vibration waveform signal on the spindle side shown in FIG. 8 and the separated vibration waveform signal after the inverse fast Fourier transform processing is performed on the separated vibration waveform spectrum signal. (B) is a graph which shows the difference vibration waveform signal which took the difference of the separated vibration waveform signal after carrying out the inverse fast Fourier-transform process of the synthetic vibration waveform signal of a driven shaft side, and a separated vibration waveform spectrum signal similarly. (a)は図9(a)に示される差分振動波形信号を高速フーリエ変換して、周波数を横軸としてパワースペクトル表示したグラフであり、(b)は図9(b)に示される差分振動波形信号を高速フーリエ変換して、周波数を横軸としてパワースペクトル表示したグラフである。(A) is a graph in which the differential vibration waveform signal shown in FIG. 9 (a) is subjected to fast Fourier transform, and the power spectrum is displayed with the frequency as the horizontal axis, and (b) is the differential vibration shown in FIG. 9 (b). It is the graph which carried out the fast Fourier transform of the waveform signal, and displayed the power spectrum on the frequency as a horizontal axis.

本発明の実施の形態に係る動的設備の状態監視システムについて、図1を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る動的設備の状態監視システムのシステム構成図であり、図2は本実施の形態に係る動的設備の状態監視システムにおける信号処理のフローチャートである。
A dynamic facility state monitoring system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 1 is a system configuration diagram of a dynamic facility state monitoring system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart of signal processing in the dynamic facility state monitoring system according to the present embodiment.

図1に示すように、本発明の実施の形態に係る動的設備の状態監視システム1は、センサ2、振動周波数測定部3、エンベロープ処理部4、高速フーリエ変換処理部5、波形分離処理部6、逆高速フーリエ変換処理部7、残差算出部8、評価部9及び出力部10と、測定信号や処理された信号、更には評価のためのしきい値を格納する合成振動波形データベース11、スペクトルデータベース12、分離波動波形データベース13及び評価データベース14を備えている。これらの構成要素からなる動的設備の状態監視システム1はセンサ2は複数設けられるものの演算処理としては複雑なものはなく、簡素に構成されるものである。
以下、これらのシステム構成について図1及び図2を参照しながら説明する。
As shown in FIG. 1, a dynamic equipment state monitoring system 1 according to an embodiment of the present invention includes a sensor 2, a vibration frequency measuring unit 3, an envelope processing unit 4, a fast Fourier transform processing unit 5, and a waveform separation processing unit. 6, an inverse fast Fourier transform processing unit 7, a residual calculation unit 8, an evaluation unit 9, and an output unit 10, and a combined vibration waveform database 11 for storing measurement signals, processed signals, and threshold values for evaluation , A spectrum database 12, a separated wave waveform database 13, and an evaluation database 14. The dynamic facility state monitoring system 1 composed of these components has a plurality of sensors 2 but is not complicated in arithmetic processing and is simply configured.
Hereinafter, these system configurations will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1において、センサ2は複数設けられ、振動源である電動回転機等が複数設置されている動的設備の近傍に配置されて、複数の振動源からの合成振動波形を検知する(図2におけるステップS1)。振動周波数測定部3は、これら複数のセンサ2からの合成振動波を処理してセンサ2の数(この数を本実施の形態においてはn個とする)ほど合成振動波形信号15を得る(図2におけるステップS1)。個々のセンサ2は振動源に対応させるため、その数は振動源の数に一致させておくことが望ましい。なぜなら、本手法は振動波形の距離減衰による強度変化を利用して合成波形を高精度に分離しているからである。各振動源の振動を近傍にてそれぞれ計測する必要があるため、各振動源の個数に対応したセンサ2の数が必要である。しかしながら、状態監視対象の動的設備が定常状態で稼動されている場合では、単一のセンサを各振動源の近傍に移動し計測時刻をずらすことも可能であり、同等の効果を得ることができる。すなわち、センサ2の数は「のべ数」でよいのである。なお、本実施の形態では動的設備に含まれる振動源もn個であるものとする。
なお、振動周波数測定部3で生成された合成振動波形信号15は、振動周波数測定部3によって合成振動波形データベース11に読み出し可能に格納される(図2におけるステップS1)。
In FIG. 1, a plurality of sensors 2 are provided and are arranged in the vicinity of a dynamic facility in which a plurality of electric rotating machines or the like as vibration sources are installed to detect a combined vibration waveform from the plurality of vibration sources (FIG. 2). Step S1). The vibration frequency measurement unit 3 processes the combined vibration waves from the plurality of sensors 2 to obtain the combined vibration waveform signal 15 as many as the number of sensors 2 (the number is n in the present embodiment) (see FIG. Step S1) in step 2. Since each sensor 2 corresponds to a vibration source, it is desirable that the number of the sensors 2 matches the number of vibration sources. This is because this method separates the synthesized waveform with high accuracy by using the intensity change due to the distance attenuation of the vibration waveform. Since it is necessary to measure the vibration of each vibration source in the vicinity, the number of sensors 2 corresponding to the number of each vibration source is necessary. However, when the dynamic equipment to be monitored is operating in a steady state, it is possible to move a single sensor to the vicinity of each vibration source and shift the measurement time, and the same effect can be obtained. it can. That is, the number of sensors 2 may be “total number”. In this embodiment, it is assumed that the number of vibration sources included in the dynamic facility is n.
The synthesized vibration waveform signal 15 generated by the vibration frequency measuring unit 3 is stored in the synthesized vibration waveform database 11 so as to be readable by the vibration frequency measuring unit 3 (step S1 in FIG. 2).

振動周波数測定部3で生成されたセンサ2の数、すなわちn個の合成振動波形信号15は、エンベロープ処理部4によって振動周波数測定部3から直接又は合成振動波形データベース11から読み出されて入力され、平滑処理される(図2におけるステップS2)。
エンベロープ処理部4はいわゆるローパスフィルタを備えており、衝撃的な高周波成分を排除し、動的設備の回転軸のミスアライメントやアンバランスあるいは軸受損傷による異常振動、あるいは歯車部品における傷や摩耗に伴う異常振動の周期にあわせて緩やかに変動する合成振動波形信号を生成することが可能である。このエンベロープ処理部4は必ずしも必要ではないが、動的設備の状態監視システム1による異常の有無の評価の精度を向上させるためには設けておくことが望ましい。エンベロープ処理部4で生成されたエンベロープ処理後合成波動波形信号16は、エンベロープ処理部4によって合成振動波形データベース11に読み出し可能に格納される(図2におけるステップS2)。
エンベロープ処理部4で生成されたn個のエンベロープ処理後合成波動波形信号16は、あるいはエンベロープ処理部4を備えていない場合は、振動周波数測定部3で生成されたn個の合成振動波形信号は、高速フーリエ変換処理部5によってそれぞれエンベロープ処理部4あるいは振動周波数測定部3から直接又は合成振動波形データベース11から読み出され、高速フーリエ変換処理部5に入力される(図2におけるステップS3)。
The number of sensors 2 generated by the vibration frequency measurement unit 3, that is, n composite vibration waveform signals 15, are directly read from the vibration frequency measurement unit 3 or input from the composite vibration waveform database 11 by the envelope processing unit 4. Then, smoothing is performed (step S2 in FIG. 2).
The envelope processing unit 4 is equipped with a so-called low-pass filter, which eliminates shocking high-frequency components and accompanies abnormal vibrations due to misalignment or imbalance of the rotating shaft of dynamic equipment or bearing damage, or scratches or wear on gear parts. It is possible to generate a combined vibration waveform signal that gently changes in accordance with the period of abnormal vibration. The envelope processing unit 4 is not necessarily required, but it is desirable to provide the envelope processing unit 4 in order to improve the accuracy of the evaluation of the presence or absence of abnormality by the dynamic facility state monitoring system 1. The post-envelope synthetic wave waveform signal 16 generated by the envelope processing unit 4 is readable and stored in the synthetic vibration waveform database 11 by the envelope processing unit 4 (step S2 in FIG. 2).
The n post-envelope synthesized wave waveform signals 16 generated by the envelope processing unit 4 or, if the envelope processing unit 4 is not provided, the n synthesized vibration waveform signals generated by the vibration frequency measuring unit 3 are The data is read from the envelope processing unit 4 or the vibration frequency measuring unit 3 directly or from the combined vibration waveform database 11 by the fast Fourier transform processing unit 5 and input to the fast Fourier transform processing unit 5 (step S3 in FIG. 2).

高速フーリエ変換処理部5では、n個の合成振動波形信号を高速フーリエ変換処理してn個の合成振動波形スペクトル信号17を生成する(図2におけるステップS3a)。さらに、高速フーリエ変換処理部5では、この合成振動波形スペクトル信号17の実効値(二乗平均値)を演算して、合成振動波形パワースペクトル信号24を得る(図2におけるステップS3b)。この合成振動波形パワースペクトル信号24は、スペクトル毎にその強度を信号として含んでいるため、複数の振動源のいずれかから発生する固有の振動数を備えた異常について解析する場合には適していると考えられる。この高速フーリエ変換処理部5で生成された合成振動波形スペクトル信号17及び合成振動波形パワースペクトル信号24は、高速フーリエ変換処理部5によってスペクトルデータベース12に読み出し可能に格納される(図2におけるステップS3a,S3b)。
なお、図2に示されるとおり、ステップS1からステップS3a,S3bまでを繰り返し実施して平均値を取り、SN比の向上を図ってもよい。
The fast Fourier transform processing unit 5 performs fast Fourier transform processing on the n synthesized vibration waveform signals to generate n synthesized vibration waveform spectrum signals 17 (step S3a in FIG. 2). Further, the fast Fourier transform processing unit 5 calculates an effective value (root mean square value) of the combined vibration waveform spectrum signal 17 to obtain a combined vibration waveform power spectrum signal 24 (step S3b in FIG. 2). Since this combined vibration waveform power spectrum signal 24 includes the intensity of each spectrum as a signal, it is suitable for analyzing an abnormality having a unique frequency generated from any of a plurality of vibration sources. it is conceivable that. The combined vibration waveform spectrum signal 17 and the combined vibration waveform power spectrum signal 24 generated by the fast Fourier transform processing unit 5 are readable and stored in the spectrum database 12 by the fast Fourier transform processing unit 5 (step S3a in FIG. 2). , S3b).
In addition, as shown in FIG. 2, steps S1 to S3a and S3b may be repeatedly performed to obtain an average value to improve the SN ratio.

波形分離処理部6は、高速フーリエ変換処理部5で生成されたn個の合成振動波形パワースペクトル信号24のそれぞれと自身を除く他の(n−1)個の合成振動波形パワースペクトル信号24との間でスペクトル毎に強度の差分を取る(図2におけるステップS4)。従って、n(n−1)個の差分がスペクトル毎に得られるが、いずれの他のパワースペクトル信号に対しても正となるスペクトルのパワースペクトル信号の周波数を検出する。波形分離処理部6によってその周波数が検出されると、波形分離処理部6は、高速フーリエ変換処理部5から直接又はスペクトルデータベース12から合成振動波形スペクトル信号17を読み出して、その周波数に関するスペクトル信号は残し、他の周波数のスペクトル信号は0(ゼロ)とする処理を実行する。従って、この波形分離処理をゼロ処理とも呼んでいる。波形分離処理部6において、ゼロ処理の際に合成振動波形パワースペクトル信号24を用いることで、差分を取った際の精度の向上を図ることができる。
この波形分離処理によって、n個の合成振動波形スペクトル信号17の中でそのスペクトルのスペクトル信号が最大のセンサ2で検知された合成振動波形信号のそのスペクトルにおけるスペクトル信号を残して、他のセンサ2における合成振動波形スペクトル信号17では、そのスペクトルにおけるスペクトル信号を0とすることができる。すなわち、いずれのセンサ2で当該スペクトルに係る振動波形が検出されたかに関する情報を得ることが可能である。
しかも、例えばこのスペクトルの近傍に他の振動源から発生している振動波形に係るスペクトル信号が含まれている場合でも、その他の振動源に最も近接するセンサ2によって最も強い信号として検知されるため、この振動源から発生している合成振動波形スペクトル信号17に対しては、前述のとおりその近傍のスペクトルにおけるスペクトル信号が0となるので、そのスペクトル近傍の他の振動源からのスペクトル信号が排除されることになる。
従って、そのセンサ2に最も近接する振動源からの振動波形のスペクトル信号として他の振動波形成分から分離することができるのである。本願では、このように分離された振動波形のスペクトル信号を分離振動波形スペクトル信号18という。
このような処理をすべてのスペクトル帯域で実施することで、特定のセンサ2において示される特徴的なスペクトル信号で、そのセンサ2に最も近接する振動源からの固有の振動波形が検出されていることが理解できるのである。
この波形分離処理部6ではそれぞれのセンサ2で受信される合成振動波形から得られる合成振動波形スペクトル信号17に対してそれぞれのセンサ2に最も近接する振動源からの固有の振動波形を検出することが可能である。
波形分離処理部6で処理された後の分離振動波形スペクトル信号18は、波形分離処理部6によってスペクトルデータベース12に読み出し可能に格納される(図2におけるステップS4)。
The waveform separation processing unit 6 includes each of the n synthesized vibration waveform power spectrum signals 24 generated by the fast Fourier transform processing unit 5 and the other (n−1) synthesized vibration waveform power spectrum signals 24 other than itself. A difference in intensity is taken for each spectrum (step S4 in FIG. 2). Accordingly, n (n-1) differences are obtained for each spectrum, but the frequency of the power spectrum signal having a spectrum that is positive with respect to any other power spectrum signal is detected. When the frequency is detected by the waveform separation processing unit 6, the waveform separation processing unit 6 reads the synthesized vibration waveform spectrum signal 17 directly from the fast Fourier transform processing unit 5 or from the spectrum database 12, and the spectrum signal related to the frequency is The process of leaving the spectrum signals of other frequencies as 0 (zero) is executed. Therefore, this waveform separation processing is also called zero processing. In the waveform separation processing unit 6, by using the composite vibration waveform power spectrum signal 24 at the time of zero processing, it is possible to improve the accuracy when taking the difference.
By this waveform separation processing, the spectrum signal in the spectrum of the combined vibration waveform signal detected by the sensor 2 having the maximum spectrum signal in the n synthesized vibration waveform spectrum signals 17 is left, and other sensors 2 are left. In the synthetic vibration waveform spectrum signal 17 at, the spectrum signal in the spectrum can be zero. That is, it is possible to obtain information on which sensor 2 detects the vibration waveform related to the spectrum.
Moreover, for example, even when a spectrum signal related to a vibration waveform generated from another vibration source is included in the vicinity of this spectrum, it is detected as the strongest signal by the sensor 2 closest to the other vibration source. For the synthesized vibration waveform spectrum signal 17 generated from this vibration source, the spectrum signal in the spectrum in the vicinity thereof becomes 0 as described above, so that the spectrum signals from other vibration sources in the vicinity of the spectrum are excluded. Will be.
Therefore, it can be separated from other vibration waveform components as a spectrum signal of the vibration waveform from the vibration source closest to the sensor 2. In the present application, the vibration waveform spectrum signal thus separated is referred to as a separated vibration waveform spectrum signal 18.
By performing such processing in all spectral bands, a unique vibration waveform from the vibration source closest to the sensor 2 is detected with the characteristic spectral signal shown in the specific sensor 2. Can be understood.
The waveform separation processing unit 6 detects a specific vibration waveform from the vibration source closest to each sensor 2 with respect to the combined vibration waveform spectrum signal 17 obtained from the combined vibration waveform received by each sensor 2. Is possible.
The separated vibration waveform spectrum signal 18 processed by the waveform separation processing unit 6 is readable and stored in the spectrum database 12 by the waveform separation processing unit 6 (step S4 in FIG. 2).

逆高速フーリエ変換処理部7は、波形分離処理部6で最も近接する振動源からの振動波成分のみが分離されたスペクトル信号、すなわち分離振動波形スペクトル信号18を入力して、これを逆高速フーリエ変換するものである。従って、この逆高速フーリエ変換処理部7では、それぞれのセンサ2から最も近接する振動源からの振動波形信号、すなわち分離振動波形信号19を得ることができる(図2におけるステップS5)。
なお、分離振動波形スペクトル信号18は、逆高速フーリエ変換処理部7によって波形分離処理部6から直接又はスペクトルデータベース12から読み出されて、逆高速フーリエ変換処理部7によって処理される。
逆高速フーリエ変換処理部7で生成された分離振動波形信号19は、逆高速フーリエ変換処理部7によって読み出し可能に分離波動波形データベース13に格納される(図2におけるステップS5)。
The inverse fast Fourier transform processing unit 7 inputs a spectrum signal from which only the vibration wave component from the closest vibration source is separated by the waveform separation processing unit 6, that is, the separated vibration waveform spectrum signal 18, and inputs this spectrum signal to the inverse fast Fourier transform. To convert. Therefore, the inverse fast Fourier transform processing unit 7 can obtain the vibration waveform signal from the vibration source closest to each sensor 2, that is, the separated vibration waveform signal 19 (step S5 in FIG. 2).
The separated vibration waveform spectrum signal 18 is read directly from the waveform separation processing unit 6 by the inverse fast Fourier transform processing unit 7 or read from the spectrum database 12 and processed by the inverse fast Fourier transform processing unit 7.
The separated vibration waveform signal 19 generated by the inverse fast Fourier transform processing unit 7 is stored in the separated wave waveform database 13 so as to be readable by the inverse fast Fourier transform processing unit 7 (step S5 in FIG. 2).

残差算出部8は、n個のセンサ2のそれぞれに最も近接する振動源から検出された分離振動波形信号19と、その振動源における正常時の波動波形信号、すなわち正常時振動波形信号20との差分を演算するものである(図2におけるステップS6)。分離振動波形信号19は、逆高速フーリエ変換処理部7から直接又は分離波動波形データベース13から読み出して、また、正常時振動波形信号20は予め分離波動波形データベース13に格納されているため、これを読み出して差分を演算し、差分振動波形信号21を生成する。これによって、もし正常時振動波形信号20と分離振動波形信号19に差が生じていれば、センサ2が最も近接する振動源において何らかの異常が生じている可能性があると考えられる。
残差算出部8で生成された差分振動波形信号21は、残差算出部8によって読み出し可能に分離波動波形データベース13に格納される(図2におけるステップS6)。
The residual calculation unit 8 includes a separated vibration waveform signal 19 detected from the vibration source closest to each of the n sensors 2, and a normal wave waveform signal at the vibration source, that is, a normal vibration waveform signal 20. Is calculated (step S6 in FIG. 2). The separated vibration waveform signal 19 is read directly from the inverse fast Fourier transform processing unit 7 or from the separated wave waveform database 13, and the normal-time vibration waveform signal 20 is stored in the separated wave waveform database 13 in advance. The difference is read and calculated, and a differential vibration waveform signal 21 is generated. Thus, if there is a difference between the normal vibration waveform signal 20 and the separated vibration waveform signal 19, it is considered that some abnormality may have occurred in the vibration source closest to the sensor 2.
The differential vibration waveform signal 21 generated by the residual calculation unit 8 is stored in the separated wave waveform database 13 so as to be readable by the residual calculation unit 8 (step S6 in FIG. 2).

評価部9は、残差算出部8で得られた差分振動波形信号21に対して、予め評価データベース14に格納しておいた差分信号しきい値22を比較し、乖離が大きい場合にはその振動源に異常が生じていると評価するものである(図2におけるステップS7)。評価部9による評価結果23としては、差分振動波形信号21と差分信号しきい値22の差と異常の有無が含まれ、この評価結果23は評価部9によって読み出し可能に評価データベース14に格納される(図2におけるステップS7)。
乖離が大きいか否かは、差分信号しきい値22との差に依存するもので、差分振動波形信号21が差分信号しきい値22を超えて大きな場合には乖離が大きいと判断されるものである。差分信号しきい値22の設定は監視対象となっている動的設備や異常の発生箇所やその種類、あるいは監視の目的の重要性等によって実施されるもので、その数値の大小は適宜決定されるとよい。
The evaluation unit 9 compares the differential vibration waveform signal 21 obtained by the residual calculation unit 8 with the differential signal threshold value 22 stored in the evaluation database 14 in advance. It is evaluated that an abnormality has occurred in the vibration source (step S7 in FIG. 2). The evaluation result 23 by the evaluation unit 9 includes the difference between the difference vibration waveform signal 21 and the difference signal threshold value 22 and the presence or absence of abnormality, and this evaluation result 23 is stored in the evaluation database 14 so as to be readable by the evaluation unit 9. (Step S7 in FIG. 2).
Whether or not the deviation is large depends on the difference from the difference signal threshold 22, and when the difference vibration waveform signal 21 is larger than the difference signal threshold 22, it is determined that the deviation is large. It is. The difference signal threshold 22 is set according to the dynamic equipment to be monitored, the location and type of abnormality, the importance of the purpose of monitoring, and the like. Good.

出力部10は、これまで説明した振動周波数測定部3から評価部9までの動的設備の状態監視システム1の構成要素で処理された信号やその処理に用いられた信号や値、処理によって生成された信号を出力可能なものである(図2におけるステップS8)。具体的にはCRT、液晶、プラズマあるいは有機ELなどによるディスプレイ装置やタブレット、あるいはプリンタ装置などの表示装置、さらには外部装置への伝送を行うためのトランスミッタなどの発信装置などが考えられる。もちろん、外部装置への伝送のための出力に対するインターフェースのようなものであってもよい。出力の際には、出力部10は、図1に記載される動的設備の状態監視システム1の構成要素(センサ2、振動周波数測定部3〜評価部9)から直接読み出してもよいし、動的設備の状態監視システム1のそれぞれのデータベース(合成振動波形データベース11、スペクトルデータベース12、分離波動波形データベース13、評価データベース14)から読み出してもよい。   The output unit 10 is generated by the signals processed by the components of the dynamic equipment state monitoring system 1 from the vibration frequency measuring unit 3 to the evaluation unit 9 described so far, and the signals, values, and processes used for the processing. The output signal can be output (step S8 in FIG. 2). Specifically, a display device such as a display device such as a CRT, liquid crystal, plasma, or organic EL, a tablet, or a printer device, or a transmitter such as a transmitter for transmission to an external device may be considered. Of course, it may be an interface for output for transmission to an external device. At the time of output, the output unit 10 may directly read from the components (sensor 2, vibration frequency measurement unit 3 to evaluation unit 9) of the dynamic equipment state monitoring system 1 described in FIG. You may read from each database (the synthetic | combination vibration waveform database 11, the spectrum database 12, the isolation | separation wave waveform database 13, the evaluation database 14) of the state monitoring system 1 of a dynamic installation.

本実施の形態においては、動的設備を構成する振動源において発生する振動波を測定することでその振動源における異常の有無の評価を行う状態監視について説明したが、もちろん、この振動波には音波も含まれ、これまでの説明における振動波を音波として考えても成立する。その際には、n個のセンサ2に代えて単一指向性を備えて方向をn回転換することで、n個の振動源から発生する合成音波をn回測定可能なマイクロホンを備えてもよい。このようなマイクロホンとして具体的には、単一指向性を持つマイクロホンや単一指向性を持たせるためにパラボラ集音器を装着したマイクロホンが考えられる。このようなマイクロホンを使用する場合には、マイクロホンの方向を変えつつ音波の受信を行い、その波動伝播方向を推定することで状態監視を行うことが可能である。例えばn回方向を変えて測定した場合には、それぞれの方向毎に合成振動波形信号15が得られ、最もその方向に近い振動源を検知するということになる。従って、精度を高めるためには単一指向性を持たせることが重要なのである。
単一指向性を備えたマイクロホンの方向を転換させながら音波を受信することで、複数のセンサを設置するよりも設置が容易で、しかもその構成が簡素となり、コストも低減可能である。しかも、方向転換によってある程度音波の伝播方向が予め理解されるため、少ない測定で効率的に合成振動波形信号15を測定可能である。
さらに、振動周波数測定部3は音周波数測定部として成立し、測定される信号も合成振動波形信号15は合成音波形信号、エンベロープ処理後合成波動波形信号16はエンベロープ処理後合成音波形信号、合成振動波形スペクトル信号17は合成音波形スペクトル信号、合成振動波形パワースペクトル信号24は合成音波形パワースペクトル信号、分離振動波形スペクトル信号18は分離音波形スペクトル信号、分離振動波形信号19は分離音波形信号、正常時振動波形信号20は正常時音波形信号、差分振動波形信号21は差分音波形信号としても成立するのである。
In the present embodiment, the state monitoring for evaluating the presence or absence of abnormality in the vibration source by measuring the vibration wave generated in the vibration source constituting the dynamic equipment has been described. Sound waves are also included, and the vibration wave in the above description is considered as sound waves. In that case, instead of n sensors 2, there may be provided a microphone that can measure the synthesized sound wave generated from n vibration sources n times by changing the direction n times with unidirectionality. Good. Specific examples of such microphones include microphones having a single directivity and microphones equipped with a parabolic sound collector in order to have a single directivity. When using such a microphone, it is possible to monitor the state by receiving a sound wave while changing the direction of the microphone and estimating the wave propagation direction. For example, when measurement is performed by changing the direction n times, a combined vibration waveform signal 15 is obtained for each direction, and the vibration source closest to that direction is detected. Therefore, it is important to have unidirectionality in order to improve accuracy.
By receiving sound waves while changing the direction of a microphone having unidirectionality, the installation is easier than installing a plurality of sensors, the configuration is simplified, and the cost can be reduced. Moreover, since the propagation direction of the sound wave is understood to some extent by the direction change, the composite vibration waveform signal 15 can be measured efficiently with a small number of measurements.
Further, the vibration frequency measuring unit 3 is established as a sound frequency measuring unit, and the signal to be measured is a combined vibration waveform signal 15 as a synthesized sound waveform signal, and a synthetic wave waveform signal 16 after envelope processing is a synthesized sound waveform signal after synthesis. The vibration waveform spectrum signal 17 is a synthetic sound waveform spectrum signal, the synthetic vibration waveform power spectrum signal 24 is a synthetic sound waveform power spectrum signal, the separated vibration waveform spectrum signal 18 is a separated sound waveform spectrum signal, and the separated vibration waveform signal 19 is a separated sound waveform signal. The normal vibration waveform signal 20 is also established as a normal sound waveform signal, and the differential vibration waveform signal 21 is also established as a differential sound waveform signal.

さらに、本実施の形態においては、動的設備の状態監視システム1を図1を主として図2も用いて説明したが、他の実施の形態としては、動的設備の状態監視方法とその方法をコンピュータを実行するためのプログラムとして捉えた動的設備の状態監視プログラムがある。
これらの他の実施の形態の内容については図2に記載されるステップ(工程)の流れに示すとおりである。
すなわち、ステップS1からステップS8までのステップを実行することで動的設備の状態監視方法に関する実施の形態となり、さらに、これらの工程をコンピュータを用いて実行させることで動的設備の状態監視プログラムとなるのである。以下に具体的に説明するが、各工程における処理内容の説明については、既に動的設備の状態監視システム1の説明の際に実施明しているので省略する。
Further, in this embodiment, the state monitoring system 1 of the dynamic equipment has been described mainly using FIG. 1 as well as FIG. 2, but as another embodiment, a method and a method for monitoring the state of the dynamic equipment are provided. There is a dynamic facility state monitoring program that is regarded as a program for executing a computer.
The contents of these other embodiments are as shown in the flow of steps (processes) described in FIG.
That is, by executing the steps from step S1 to step S8, it becomes an embodiment relating to the dynamic equipment state monitoring method, and furthermore, by executing these steps using a computer, the dynamic equipment state monitoring program and It becomes. Although specifically described below, the description of the processing contents in each step is omitted because it has already been implemented when the dynamic facility state monitoring system 1 is described.

具体的には、図2に示されるように合成振動波形測定としてのステップS1では、センサ2及び振動周波数測定部3というハードウェアを用いて、合成振動波形信号15を得て合成振動波形データベース11に読み出し可能に格納する。   Specifically, as shown in FIG. 2, in step S <b> 1 as synthetic vibration waveform measurement, the synthetic vibration waveform signal 15 is obtained by using the hardware of the sensor 2 and the vibration frequency measurement unit 3 to obtain the synthetic vibration waveform database 11. To be readable.

ステップS2では、エンベロープ処理部4が、振動周波数測定部3から直接又は合成振動波形データベース11から合成振動波形信号15を読み出して、エンベロープ処理して、エンベロープ処理後合成波動波形信号16を得て、同じく合成振動波形データベース11に読み出し可能に格納する。但し、前述のとおりこのエンベロープ処理の工程は必ずしも必要ではないが、動的設備の状態監視方法又はそのプログラムによる異常の有無の評価の精度を向上させるためには設けておくことが望ましい。   In step S2, the envelope processing unit 4 reads the composite vibration waveform signal 15 directly from the vibration frequency measurement unit 3 or from the composite vibration waveform database 11, performs envelope processing, and obtains a composite wave waveform signal 16 after envelope processing, Similarly, it is stored in the synthetic vibration waveform database 11 so as to be readable. However, as described above, this envelope processing step is not necessarily required, but it is desirable to provide it in order to improve the accuracy of the presence / absence evaluation by the dynamic facility state monitoring method or its program.

ステップS3aでは、高速フーリエ変換処理部5が、エンベロープ処理部4から直接又は合成振動波形データベース11からエンベロープ処理後合成波動波形信号16を読み出して、高速フーリエ変換処理して、合成振動波形スペクトル信号17を得て、スペクトルデータベース12に読み出し可能に格納する。
ステップS3bでは、高速フーリエ変換処理部5が、合成振動波形スペクトル信号17の実効値(二乗平均値)を演算して、合成振動波形パワースペクトル信号24を得て、スペクトルデータベース12に読み出し可能に格納する。
前述のとおり、ステップS1からステップS3を所望の回数繰り返し実施して平均値を取り、SN比の向上を図るとよい。
In step S3a, the fast Fourier transform processing unit 5 reads the composite wave waveform signal 16 after envelope processing directly from the envelope processing unit 4 or from the synthetic vibration waveform database 11, performs fast Fourier transform processing, and performs the composite vibration waveform spectrum signal 17. And stored in the spectrum database 12 in a readable manner.
In step S <b> 3 b, the fast Fourier transform processing unit 5 calculates the effective value (root mean square value) of the combined vibration waveform spectrum signal 17 to obtain the combined vibration waveform power spectrum signal 24 and stores it in the spectrum database 12 so that it can be read out. To do.
As described above, step S1 to step S3 may be repeated a desired number of times to obtain an average value and improve the SN ratio.

ステップS4では、波形分離処理部6が、高速フーリエ変換処理部5から直接又はスペクトルデータベース12から合成振動波形パワースペクトル信号24を読み出してゼロ処理を行う周波数と残す周波数を解析する。その後、波形分離処理部6は、合成振動波形スペクトル信号17を読み出して、先のゼロ処理を行う周波数についてはゼロ処理を行う波形分離処理して、分離振動波形スペクトル信号18を得て、スペクトルデータベース12に読み出し可能に格納する。   In step S <b> 4, the waveform separation processing unit 6 reads the synthesized vibration waveform power spectrum signal 24 directly from the fast Fourier transform processing unit 5 or from the spectrum database 12 and analyzes the frequency to be subjected to zero processing and the remaining frequency. Thereafter, the waveform separation processing unit 6 reads the combined vibration waveform spectrum signal 17 and performs the waveform separation processing for performing the zero processing for the frequency for which the previous zero processing is performed to obtain the separated vibration waveform spectrum signal 18 to obtain the spectrum database. 12 is readable and stored.

ステップS5では、逆高速フーリエ変換処理部7が、波形分離処理部6から直接又はスペクトルデータベース12から分離振動波形スペクトル信号18を読み出して、逆高速フーリエ変換処理して、分離振動波形信号19を得て、分離波動波形データベース13に読み出し可能に格納する。   In step S5, the inverse fast Fourier transform processing unit 7 reads the separated vibration waveform spectrum signal 18 directly from the waveform separation processing unit 6 or from the spectrum database 12, and performs an inverse fast Fourier transform process to obtain a separated vibration waveform signal 19. And stored in the separated wave waveform database 13 so as to be readable.

ステップS6では、残差算出部8が、逆高速フーリエ変換処理部7から直接又は分離波動波形データベース13から分離振動波形信号19を読み出して、さらに、分離波動波形データベース13から正常時振動波形信号20を読み出して、差分を演算して、差分振動波形信号21を得て、分離波動波形データベース13に読み出し可能に格納する。   In step S 6, the residual calculation unit 8 reads the separated vibration waveform signal 19 directly from the inverse fast Fourier transform processing unit 7 or from the separated wave waveform database 13, and further, the normal-time vibration waveform signal 20 from the separated wave waveform database 13. And the difference is calculated to obtain a differential vibration waveform signal 21 and stored in the separated wave waveform database 13 so as to be readable.

ステップS7では、評価部9が、残差算出部8から直接又は分離波動波形データベース13から差分振動波形信号21を読み出して、さらに評価データベース14から差分信号しきい値22を読み出して、これらを比較して、差分振動波形信号21が差分信号しきい値22を超えていれば、センサ2で測定された最も近接する動的設備の振動源に異常が発生していると評価し、超えていなければ異常が発生していないと評価する異常の有無に関する評価結果23を評価データベース14に読み出し可能に格納する。   In step S7, the evaluation unit 9 reads the differential vibration waveform signal 21 directly from the residual calculation unit 8 or from the separated wave waveform database 13, and further reads the differential signal threshold value 22 from the evaluation database 14 and compares them. If the differential vibration waveform signal 21 exceeds the differential signal threshold value 22, it is evaluated that an abnormality has occurred in the vibration source of the closest dynamic facility measured by the sensor 2 and must be exceeded. For example, the evaluation result 23 relating to the presence / absence of an abnormality to be evaluated as having no abnormality is stored in the evaluation database 14 in a readable manner.

ステップS8では、出力部10が、動的設備の状態監視システム1の構成要素あるいは動的設備の状態監視システム1のデータベースからそれぞれ出力したいと考えられる信号や値、あるいは評価結果を読み出して出力するものである。   In step S <b> 8, the output unit 10 reads out and outputs signals, values, or evaluation results that are considered to be output from the components of the dynamic facility state monitoring system 1 or the database of the dynamic facility state monitoring system 1. Is.

以上説明したとおり、本実施の形態に係る動的設備の状態監視システムあるいはその方法、プログラムにおいては、簡素な構成を備えつつ、動的設備における振動源に最も近接したセンサで受信された振動波形のみを効率的かつ高精度に分離することができる。また、そのことによって、狭空間や剛性の低い環境下において駆動周波数の近い複数の動的設備が配置、駆動されている場合に、それらの動的設備の状態監視を効率的かつ高精度に実施することができる。さらに、エンベロープ処理を行うことで、合成振動波形を平滑化することができ、ノイズを排除することができる。従って、合成振動波形に含まれる異常振動に伴う振動波形をより抽出し易くすることができ、状態監視の制度をさらに高めることができる。   As described above, in the dynamic facility state monitoring system or method and program according to the present embodiment, the vibration waveform received by the sensor closest to the vibration source in the dynamic facility while having a simple configuration. Can be separated efficiently and with high accuracy. As a result, when multiple dynamic equipment with similar drive frequencies are placed and driven in a narrow space or in a low-rigidity environment, the status of these dynamic equipment is monitored efficiently and with high accuracy. can do. Furthermore, by performing envelope processing, the synthesized vibration waveform can be smoothed and noise can be eliminated. Therefore, it is possible to more easily extract the vibration waveform accompanying the abnormal vibration included in the composite vibration waveform, and the state monitoring system can be further enhanced.

本発明の実施例に係る動的設備の状態監視システム1について、図3乃至図10を参照しながら説明する。   A dynamic facility state monitoring system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 10.

図3は本発明の実施例の動的設備の状態監視システムを用いて行った試験における監視対象の動的設備の構成とセンサの配置を示す写真である。図3において、動的設備は図には示されない電源とその電源で駆動される電動機に接続される主軸30と、この主軸30にはローター34と主軸側ギア32が設けられており、この主軸側ギア32に噛合する従動軸側ギア33が従動軸31に設けられている。
このローター34には負荷錘によるアンバランス及び従動軸側ギア33には1ヶ所(歯車2枚分)の局所摩耗を発生させるように人為的な不具合を形成させている。
また、主軸30には主軸側センサ35が設置され、従動軸31には従動軸側センサ36が設置されて、それぞれ振動波形を受信している。
このように構成される動的設備では、電動機の周波数は60Hz、主軸30の回転数Nは500(rpm)であるので、主軸30の回転周波数f1はf1=N/60=500/60で約8.33Hzとなり、その高調波として、2次成分は16.88Hz、3次成分は24.93Hz、4次成分は33.24Hzとなる。また、主軸側ギア32の歯数Z1は40であり、従動軸側ギア33の歯数Z2は43であるので、従動軸31の回転周波数f2は、f2=f1・Z1/Z2=約7.75Hzとなり、その高調波として、2次成分は15.44Hz、3次成分は23.19Hz、4次成分は30.64Hzとなる。従って、前述のような人為的な不具合からこれらの周波数において異常成分が含まれることになるのである。
なお、本実施例では、振動のサンプリング周波数は5kHzであり、カットオフ周波数は400Hzとしている。
この図3では示されていないが、主軸側センサ35と従動軸側センサ36で受信された振動波形は、先に説明した実施の形態に係る動的設備の状態監視システム1と同様な構成を備えて主軸30に関連して発生する振動波形と従動軸31に関連して発生する振動波形として分析処理が可能となっている。従って、本実施例においても既に実施の形態において説明した構成要素については同一の符号を用いて説明し、その構成に関する説明については省略する。但し、本実施例では主軸側センサ35と従動軸側センサ36の2つのセンサを用いて振動波形を受信することから主軸側で受信した振動波形と従動軸側で受信した振動波形を区別するため、それぞれに関係する信号では主軸側ではa、従動軸側ではbという従属文字を付すこととする。
本実施例では、主軸30側のローター34には人工的にアンバランスを施しており、従動軸31側の従動軸側ギア33には人工的に局所摩耗を施して、それぞれの軸上に異常の状態を模している。
FIG. 3 is a photograph showing the configuration of the dynamic equipment to be monitored and the arrangement of sensors in the test conducted using the dynamic equipment status monitoring system of the embodiment of the present invention. In FIG. 3, the dynamic equipment includes a main shaft 30 connected to a power source (not shown) and an electric motor driven by the power source, and the main shaft 30 is provided with a rotor 34 and a main shaft side gear 32. A driven shaft side gear 33 that meshes with the side gear 32 is provided on the driven shaft 31.
This rotor 34 has an artificial imbalance so as to cause unbalance due to the load weight and local wear of the driven shaft side gear 33 at one place (for two gears).
A main shaft side sensor 35 is installed on the main shaft 30 and a driven shaft side sensor 36 is installed on the driven shaft 31 to receive vibration waveforms.
In the dynamic equipment configured as described above, the frequency of the electric motor is 60 Hz, and the rotation speed N of the main shaft 30 is 500 (rpm). Therefore, the rotation frequency f1 of the main shaft 30 is approximately f1 = N / 60 = 500/60. It becomes 8.33 Hz, and as its harmonics, the second order component is 16.88 Hz, the third order component is 24.93 Hz, and the fourth order component is 33.24 Hz. Further, since the number of teeth Z1 of the main shaft side gear 32 is 40 and the number of teeth Z2 of the driven shaft side gear 33 is 43, the rotational frequency f2 of the driven shaft 31 is f2 = f1 · Z1 / Z2 = about 7. As a harmonic, the second order component is 15.44 Hz, the third order component is 23.19 Hz, and the fourth order component is 30.64 Hz. Therefore, abnormal components are included at these frequencies due to the above-mentioned artificial troubles.
In this embodiment, the vibration sampling frequency is 5 kHz, and the cutoff frequency is 400 Hz.
Although not shown in FIG. 3, the vibration waveforms received by the main shaft side sensor 35 and the driven shaft side sensor 36 have the same configuration as that of the dynamic facility state monitoring system 1 according to the above-described embodiment. The analysis processing is possible as a vibration waveform generated in relation to the main shaft 30 and a vibration waveform generated in relation to the driven shaft 31. Accordingly, also in the present embodiment, the components already described in the embodiment will be described using the same reference numerals, and description of the configuration will be omitted. However, in this embodiment, since the vibration waveform is received using the two sensors of the main shaft side sensor 35 and the driven shaft side sensor 36, the vibration waveform received on the main shaft side and the vibration waveform received on the driven shaft side are distinguished. In the signals related to each of them, a subordinate character “a” is attached to the main shaft side and “b” is attached to the driven shaft side.
In the present embodiment, the rotor 34 on the main shaft 30 side is artificially imbalanced, and the driven shaft side gear 33 on the driven shaft 31 side is artificially subjected to local wear, causing abnormalities on the respective shafts. Is imitating the state.

本実施例では、今回の動的設備の状態監視システム1が実際に動的設備の状態監視を精度よく実施できるかどうかを図3に示す構成によって試験したので、これについて説明する。
図4の(a)は実施例における主軸側センサ35及び振動周波数測定部3で測定された合成振動波形信号15aを示すグラフであり、(b)は従動軸側センサ36及び振動周波数測定部3で測定された合成振動波形信号15bを示すグラフである。いずれのグラフも横軸は時間(s:秒)であり、縦軸は強度(単位はV(ボルト))である。なお、この強度のボルトは振動周波数測定部3の出力を示すものである。
この図4に示されるグラフでは主軸側センサ35では、主電源の60Hzに関係する振動波形や主軸側ギア32の関係する振動波形等の正常なものはもちろんのこと、ローター34のアンバランスに基づく異常な振動波形に加えて従動軸側ギア33の局所摩耗に伴う異常な振動波形等が重畳して受信される。
一方、従動軸側センサ36でも、主電源の60Hzに関係する振動波形はもちろんのこと、従動軸側ギア33の局所摩耗に伴う異常な振動波形に加えて、ローター34のアンバランスに基づく異常な振動波形に関するものも重畳して受信される。
しかしながら、これら(a),(b)のグラフを見ても、いずれの振動波形がいずれの正常、あるいは異常な構成から発生するものであるかを判別するのは困難であるので、今回の実施の形態に係る動的設備の状態監視システム1を用いてその効果について試験を行ったのである。
図4(a),(b)として示される合成振動波形信号15a,15bは、先に実施の形態を示して説明したとおり、エンベロープ処理部4でエンベロープ処理して、それぞれ図示しないエンベロープ処理後合成波動波形信号16a,16bとして生成され、これらをそれぞれ高速フーリエ変換処理部5で高速フーリエ変換処理して、合成振動波形スペクトル信号17a,17bを生成した。
本実施例ではエンベロープ処理を実施しているが、エンベロープ処理を行わなくとも十分な精度が得られるようであれば、既に述べているが特にこのエンベロープ処理を行わなくともよい。
In the present embodiment, whether or not the current dynamic equipment state monitoring system 1 can actually carry out the dynamic equipment state monitoring with high accuracy has been tested by the configuration shown in FIG. 3, this will be described.
4A is a graph showing the combined vibration waveform signal 15a measured by the main shaft side sensor 35 and the vibration frequency measuring unit 3 in the embodiment, and FIG. 4B is a graph showing the driven shaft side sensor 36 and the vibration frequency measuring unit 3. It is a graph which shows the synthetic | combination vibration waveform signal 15b measured by (1). In each graph, the horizontal axis represents time (s: second), and the vertical axis represents intensity (unit: V (volt)). The bolt with this strength indicates the output of the vibration frequency measuring unit 3.
In the graph shown in FIG. 4, the main shaft side sensor 35 is based on an unbalanced rotor 34 as well as a normal vibration waveform related to 60 Hz of the main power source and a vibration waveform related to the main shaft side gear 32. In addition to the abnormal vibration waveform, an abnormal vibration waveform associated with local wear of the driven shaft side gear 33 is superimposed and received.
On the other hand, the driven shaft side sensor 36 not only has a vibration waveform related to 60 Hz of the main power supply, but also an abnormal vibration waveform due to local wear of the driven shaft side gear 33, and an abnormal vibration based on the unbalance of the rotor 34. A thing related to a vibration waveform is also superimposed and received.
However, since it is difficult to determine which vibration waveform is generated from which normal or abnormal configuration by looking at these graphs (a) and (b), this implementation is performed. The effect was tested using the dynamic facility state monitoring system 1 according to the embodiment.
The combined vibration waveform signals 15a and 15b shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) are subjected to envelope processing by the envelope processing unit 4 and synthesized after envelope processing (not shown), respectively, as described in the embodiment. Wave waveform signals 16a and 16b are generated, and these are subjected to fast Fourier transform processing by the fast Fourier transform processing unit 5 to generate combined vibration waveform spectrum signals 17a and 17b.
In this embodiment, the envelope processing is performed. However, as long as sufficient accuracy can be obtained without performing the envelope processing, the envelope processing is not particularly required as described above.

図5は、(a)は実施例における主軸側センサ35及び振動周波数測定部3で測定された合成振動波形信号15aを高速フーリエ変換処理部5によって高速フーリエ変換処理した合成振動波形スペクトル信号17aを示すグラフであり、(b)は実施例における従動軸側センサ36及び振動周波数測定部3で測定された合成振動波形信号15bを高速フーリエ変換処理部5によって高速フーリエ変換処理した合成振動波形スペクトル信号17bを示すグラフである。(c)は(a)に示す合成振動波形スペクトル信号17aの周波数の0から70Hzの範囲(四角形で囲んで示す箇所)を抽出したグラフであり、(d)は(b)に示す合成振動波形スペクトル信号17bの周波数の0から70Hzの範囲(四角形で囲んで示す箇所)を抽出したグラフである。いずれも横軸は周波数(Hz)であり、縦軸は強度を示すFFT値(単位はV(ボルト))である。
このように低周波数の部分を抽出して示したり、この部分の信号を処理するのは、本願発明が構造上の異常に対する状態監視を目的とするものであることによるものである。従って、本実施例においても、実際にローターのアンバランスやギアの局所摩耗という機械的な異常に基づく振動を人工的に発生させているのである。図5(a)〜(d)において、60Hzの周波数にピークが生じているのは駆動電源の周波数であるためである。
5A shows a combined vibration waveform spectrum signal 17a obtained by performing a fast Fourier transform process on the combined vibration waveform signal 15a measured by the spindle sensor 35 and the vibration frequency measuring unit 3 in the embodiment. (B) is a combined vibration waveform spectrum signal obtained by subjecting the combined vibration waveform signal 15b measured by the driven shaft side sensor 36 and the vibration frequency measuring unit 3 in the embodiment to a fast Fourier transform processing by the fast Fourier transform processing unit 5. It is a graph which shows 17b. (C) is the graph which extracted the range (location shown with a rectangle) of 0 to 70 Hz of the frequency of the synthetic | combination vibration waveform spectrum signal 17a shown to (a), (d) is the synthetic | combination vibration waveform shown to (b). It is the graph which extracted the range (location shown with a rectangle) of 0 to 70 Hz of the frequency of the spectrum signal 17b. In either case, the horizontal axis represents frequency (Hz), and the vertical axis represents the FFT value indicating the intensity (unit: V (volt)).
The reason why the low frequency part is extracted and shown or the signal of this part is processed in this way is that the present invention is intended for state monitoring for structural abnormality. Therefore, also in the present embodiment, vibrations based on mechanical abnormalities such as rotor unbalance and gear local wear are actually generated artificially. 5A to 5D, the peak occurs at the frequency of 60 Hz because of the frequency of the drive power supply.

このように示される合成振動波形スペクトル信号17aに対して、波形分離処理部6によるゼロ処理を実行した分離振動波形スペクトル信号18aをゼロ処理された信号も併せて示すのが図6であり、合成振動波形スペクトル信号17bに対する分離振動波形スペクトル信号18bについて同様に示したのが図7である。図6,7のいずれも横軸は周波数(Hz)であり、縦軸は強度を示すFFT値(単位はV(ボルト))である。
図6では符号X、図7では符号Yで示す部分がゼロ処理を行った箇所であり、それぞれの図においてその波形分離処理を行った周波数、すなわち残った周波数を実線で示し、他の箇所、すなわちゼロ処理を行った箇所は点線で示している。具体的には、図6において、従動軸31において発生する振動波形が受信される場合、主軸側センサ35よりも従動軸側センサ36において高いので、主軸側センサ35では従動軸31で発生する振動波形に関する信号がゼロ処理される。すなわち、周波数で言えば、高調波も含めて符号Xで示される7.75Hz,15.44Hz,23.19Hz,30.64Hzである。
図7では同様に、符号Yで示される周波数8.33Hz,16.88Hz,24.93Hz,33.24Hzである。なお、60Hzは図6,7共にゼロ処理しているが、これは電源周波数であることが明らかであるためである。
FIG. 6 also shows a signal obtained by performing zero processing on the separated vibration waveform spectrum signal 18a that has been subjected to zero processing by the waveform separation processing unit 6 with respect to the synthetic vibration waveform spectrum signal 17a thus shown. FIG. 7 shows the separated vibration waveform spectrum signal 18b similarly to the vibration waveform spectrum signal 17b. 6 and 7, the horizontal axis represents frequency (Hz), and the vertical axis represents the FFT value indicating the intensity (the unit is V (volt)).
In FIG. 6, the portion indicated by the symbol X and the portion indicated by the symbol Y in FIG. 7 is the place where the zero processing has been performed. That is, the portion where the zero processing is performed is indicated by a dotted line. Specifically, in FIG. 6, when the vibration waveform generated in the driven shaft 31 is received, the driven shaft side sensor 36 is higher than the main shaft side sensor 35, so that the main shaft side sensor 35 generates vibration in the driven shaft 31. The signal for the waveform is zeroed. That is, in terms of frequency, they are 7.75 Hz, 15.44 Hz, 23.19 Hz, and 30.64 Hz indicated by the symbol X including harmonics.
Similarly, in FIG. 7, the frequencies indicated by the symbol Y are 8.33 Hz, 16.88 Hz, 24.93 Hz, and 33.24 Hz. 60 Hz is zero-processed in both FIGS. 6 and 7 because it is clear that this is the power supply frequency.

図8は、実施例における主軸30側の合成振動波形信号と分離振動波形スペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理した後の分離振動波形信号とを比較して示すグラフである。図8の横軸は時間(s:秒)であり、縦軸は強度(単位はV(ボルト))である。また、実線で示す部分が合成振動波形信号であり、点線で示す部分が分離振動波形スペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理した後の分離振動波形信号である。
図8において、実線で示される主軸側センサ35において受信される合成振動波形信号15aには従動軸31で発生している動的設備の異常に基づく振動波形も含まれているものの、点線で示される波形分離処理部6によってゼロ処理された分離振動波形スペクトル信号18aでは、従動軸31で発生している動的設備の異常に基づく振動波形が排除されている。従って、主軸30で発生している振動波形のみが残ることになり、主軸30近傍で発生している異常を検知することができる。
FIG. 8 is a graph showing a comparison between the combined vibration waveform signal on the main shaft 30 side and the separated vibration waveform signal after the inverse fast Fourier transform processing of the separated vibration waveform spectrum signal in the embodiment. The horizontal axis of FIG. 8 is time (s: second), and the vertical axis is intensity (unit: V (volt)). Further, the part indicated by the solid line is the combined vibration waveform signal, and the part indicated by the dotted line is the separated vibration waveform signal after the inverse fast Fourier transform processing of the separated vibration waveform spectrum signal.
In FIG. 8, the combined vibration waveform signal 15a received by the main shaft side sensor 35 indicated by the solid line includes a vibration waveform based on the abnormality of the dynamic equipment generated on the driven shaft 31, but is indicated by the dotted line. In the separated vibration waveform spectrum signal 18 a zero-processed by the waveform separation processing unit 6, the vibration waveform based on the abnormality of the dynamic equipment generated in the driven shaft 31 is excluded. Therefore, only the vibration waveform generated in the main shaft 30 remains, and an abnormality occurring in the vicinity of the main shaft 30 can be detected.

図9は(a)は図8で示した主軸側の合成振動波形信号と分離振動波形スペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理した後の分離振動波形信号との差分をとった差分振動波形信号を示すグラフであり、(b)は同様に従動軸側の合成振動波形信号と分離振動波形スペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理した後の分離振動波形信号との差分をとった差分振動波形信号を示すグラフである。
図9(a)では、主軸30側の合成振動波形信号15aと波形分離処理部6によってゼロ処理した後の主軸側センサ35の分離振動波形信号19a(図示せず)の差分を取って差分振動波形信号を求めているので、従動軸31側の異常残差成分のみが現れている。その理由は、分離振動波形信号19aでは従動軸31側の異常成分のみが削除され、主軸30側の異常成分のみが乗っているため、主軸30側と従動軸31側の両方が重畳している合成振動波形信号15aとの差分を取ると、相手方の従動軸31側の異常残差成分のみが現れるのである。(b)も同様に、従動軸31側の合成振動波形信号15bと分離振動波形信号19b(図示せず)の差分を取っているので、主軸30側の異常残差成分のみが現れている。
本実施例では、差分の対象として、異常が発生しているときの合成振動波形信号15a,15bを選択しているので、主軸側センサ35では従動軸31側の異常残差成分が現れ、従動軸側センサ36では主軸30側の異常残差成分が現れているが、これを実施の形態で説明したように、正常時振動波形信号20a,20b(図示せず)を選択するならば、いずれの異常成分も重畳していないので、今度は最も近接する動的設備の構成要素からの異常残差成分、すなわち、差分振動波形信号21a,21b(図示せず)を検出することが可能である。
いずれにしても残差が検出されることから、異常振動波形に関する情報が得られ、それらの強度に対して実施の形態で説明した差分信号しきい値22a,22b(図示せず)を用いることで、異常の有無や程度を評価することが可能である。その評価結果として評価結果23を得て出力することができるのである。
FIG. 9A shows a differential vibration waveform signal obtained by taking the difference between the combined vibration waveform signal on the spindle side shown in FIG. 8 and the separated vibration waveform signal after the inverse fast Fourier transform processing of the separated vibration waveform spectrum signal. It is a graph, and (b) is a graph showing a differential vibration waveform signal obtained by taking a difference between the combined vibration waveform signal on the driven shaft side and the separated vibration waveform signal obtained by subjecting the separated vibration waveform spectrum signal to inverse fast Fourier transform processing. It is.
In FIG. 9A, the difference vibration is obtained by taking the difference between the combined vibration waveform signal 15a on the main shaft 30 side and the separated vibration waveform signal 19a (not shown) of the main shaft side sensor 35 after zero processing by the waveform separation processing unit 6. Since the waveform signal is obtained, only the abnormal residual component on the driven shaft 31 side appears. The reason is that in the separated vibration waveform signal 19a, only the abnormal component on the driven shaft 31 side is deleted, and only the abnormal component on the main shaft 30 side is on, so both the main shaft 30 side and the driven shaft 31 side overlap. When the difference from the combined vibration waveform signal 15a is taken, only the abnormal residual component on the counterpart driven shaft 31 side appears. Similarly, (b) takes the difference between the combined vibration waveform signal 15b on the driven shaft 31 side and the separated vibration waveform signal 19b (not shown), so that only the abnormal residual component on the main shaft 30 side appears.
In this embodiment, since the combined vibration waveform signals 15a and 15b when an abnormality has occurred are selected as the objects of the difference, the main shaft side sensor 35 shows an abnormal residual component on the driven shaft 31 side, and is driven. In the shaft-side sensor 36, an abnormal residual component on the main shaft 30 side appears. As described in the embodiment, if the normal-time vibration waveform signals 20a and 20b (not shown) are selected, either Are not superimposed, it is now possible to detect abnormal residual components from the components of the closest dynamic equipment, that is, differential vibration waveform signals 21a and 21b (not shown). .
In any case, since the residual is detected, information on the abnormal vibration waveform is obtained, and the difference signal threshold values 22a and 22b (not shown) described in the embodiment are used for those intensities. Thus, it is possible to evaluate the presence and degree of abnormality. The evaluation result 23 can be obtained and output as the evaluation result.

図10(a),(b)はそれぞれ図9(a),(b)に示される差分振動波形信号を、再度高速フーリエ変換してパワースペクトル表示したグラフである。図10(a)によれば、主軸側センサ35からの出力として従動軸31側の振動波形成分である7.75Hz,15.44Hz,23.19Hz,30.64Hzが検出されていることが理解できる。また、(b)では従動軸側センサ36からの出力として主軸30側の振動波形成分である8.33Hz,16.88Hz,24.93Hz,33.24Hzが検出されていることが理解できる。すなわち、近接する周波数が混在している環境でも極めて精度高く分離できていることが理解できるのである。
これらの評価やその出力については既に図9(a),(b)を参照しながら説明したとおりである。
なお、本実施例では得られた信号やしきい値などについては特にデータベースに読み出し可能に格納したり、データベースから読み出したりする操作については説明は省略しているが、実際には実施の形態で説明したとおりに実施するものである。
FIGS. 10A and 10B are graphs in which the differential vibration waveform signals shown in FIGS. 9A and 9B are fast Fourier transformed again and displayed as power spectra, respectively. According to FIG. 10A, it is understood that 7.75 Hz, 15.44 Hz, 23.19 Hz, and 30.64 Hz, which are vibration waveform components on the driven shaft 31 side, are detected as the output from the main shaft side sensor 35. it can. Further, in (b), it can be understood that 8.33 Hz, 16.88 Hz, 24.93 Hz, and 33.24 Hz, which are vibration waveform components on the main shaft 30 side, are detected as the output from the driven shaft side sensor 36. That is, it can be understood that separation can be performed with extremely high accuracy even in an environment where adjacent frequencies are mixed.
These evaluations and their outputs have already been described with reference to FIGS. 9 (a) and 9 (b).
In the present embodiment, the signals and threshold values obtained are not particularly described for operations for readable storage in the database and for reading from the database, but in actuality, in the embodiment. Implement as described.

請求項1乃至請求項9に記載された発明は、製造・加工プラントや発電プラントなどのような動的設備の状態監視システムとして適用可能である。   The invention described in claims 1 to 9 can be applied as a state monitoring system for a dynamic facility such as a manufacturing / processing plant or a power plant.

1…動的設備の状態監視システム 2…センサ 3…振動周波数測定部 4…エンベロープ処理部 5…高速フーリエ変換処理部 6…波形分離処理部 7…逆高速フーリエ変換処理部 8…残差算出部 9…評価部 10…出力部 11…合成振動波形データベース 12…スペクトルデータベース 13…分離波動波形データベース 14…評価データベース 15,15a,15b…合成振動波形信号 16,16a,16b…エンベロープ処理後合成波動波形信号 17,17a,17b…合成振動波形スペクトル信号 18,18a,18b…分離振動波形スペクトル信号 19,19a,19b…分離振動波形信号 20,20a,20b…正常時振動波形信号 21,21a,21b…差分振動波形信号 22,22a,22b…差分信号しきい値 23…評価結果 24…合成振動波形パワースペクトル信号 30…主軸 31…従動軸 32…主軸側ギア 33…従動軸側ギア 34…ローター 35…主軸側センサ 36…従動軸側センサ X,Y…ゼロ処理周波数   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dynamic equipment state monitoring system 2 ... Sensor 3 ... Vibration frequency measurement part 4 ... Envelope processing part 5 ... Fast Fourier transform processing part 6 ... Waveform separation processing part 7 ... Inverse fast Fourier transform processing part 8 ... Residual calculation part DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Evaluation part 10 ... Output part 11 ... Synthetic vibration waveform database 12 ... Spectrum database 13 ... Separation wave waveform database 14 ... Evaluation database 15, 15a, 15b ... Synthetic vibration waveform signal 16, 16a, 16b ... Synthetic wave waveform after envelope processing Signals 17, 17a, 17b ... Synthetic vibration waveform spectrum signals 18, 18a, 18b ... Separate vibration waveform spectrum signals 19, 19a, 19b ... Separate vibration waveform signals 20, 20a, 20b ... Normal vibration waveform signals 21, 21a, 21b ... Differential vibration waveform signal 22, 22a, 22b ... Value 23 ... Evaluation result 24 ... Composite vibration waveform power spectrum signal 30 ... Main shaft 31 ... Driven shaft 32 ... Main shaft side gear 33 ... Driven shaft side gear 34 ... Rotor 35 ... Main shaft side sensor 36 ... Driven shaft side sensor X, Y ... Zero processing frequency

Claims (9)

n(n:2以上の整数)個の振動源が存在する環境において、前記n個の振動源から発生する合成振動波形を分離可能な動的設備の状態監視システムであって、
前記n個の振動源から発生する合成振動波を受信可能なn個のセンサと、
前記n個のセンサで受信された合成振動波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号を得る周波数測定部と、
前記周波数測定部で得られたn個の合成振動波形信号を高速フーリエ変換(以下、高速フーリエ変換をFFTと呼ぶこともある)処理してスペクトル信号を得る高速フーリエ変換処理部と、
前記高速フーリエ変換処理部で得られたn個のスペクトル信号に対して、スペクトル毎に強度の差分を取って、他のいずれのスペクトル信号に対しても差分が正となるスペクトルのスペクトル信号のみを残して、他のスペクトルのスペクトル信号については0として、前記n個の振動源の内、最も近接する振動源から発生する振動波成分のみを分離する波形分離処理部と、
前記波形分離処理部で分離されたスペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理して最も近接する振動源からの振動波形信号を得る逆高速フーリエ変換処理部と、
予め測定した前記最も近接する振動源からの正常時の振動波形信号と前記逆高速フーリエ変換処理部から得られた前記最も近接する振動源からの振動波形信号の差分を演算する残差算出部と、
前記差分を所望のしきい値と比較して前記しきい値よりも乖離が大きい場合に前記最も近接する振動源が正常でないと判断する評価部と、
を有することを特徴とする動的設備の状態監視システム。
In an environment where there are n (n: an integer of 2 or more) vibration sources, a dynamic facility state monitoring system capable of separating a composite vibration waveform generated from the n vibration sources,
N sensors capable of receiving a composite vibration wave generated from the n vibration sources;
A frequency measuring unit for processing n synthesized vibration waves received by the n sensors to obtain n synthesized vibration waveform signals;
A fast Fourier transform processing unit that obtains a spectrum signal by performing fast Fourier transform (hereinafter, sometimes referred to as FFT) on the n synthesized vibration waveform signals obtained by the frequency measuring unit;
For the n spectrum signals obtained by the fast Fourier transform processing unit, a difference in intensity is taken for each spectrum, and only a spectrum signal of a spectrum in which the difference is positive with respect to any other spectrum signal. The waveform separation processing unit that separates only the vibration wave component generated from the closest vibration source among the n vibration sources, with the spectral signal of the other spectrum being set to 0,
An inverse fast Fourier transform processing unit that obtains a vibration waveform signal from the closest vibration source by performing an inverse fast Fourier transform process on the spectrum signal separated by the waveform separation processing unit;
A residual calculation unit that calculates a difference between a vibration waveform signal at a normal time from the closest vibration source measured in advance and a vibration waveform signal from the closest vibration source obtained from the inverse fast Fourier transform processing unit; ,
An evaluation unit that compares the difference with a desired threshold value and determines that the closest vibration source is not normal when the deviation is larger than the threshold value;
A state monitoring system for dynamic equipment, comprising:
前記周波数測定部で得られたn個の合成振動波形信号をエンベロープ処理するエンベロープ処理部を備え、前記高速フーリエ変換処理部は、前記エンベロープ処理部で生成されるエンベロープ処理後合成振動波形信号を入力し、高速フーリエ変換処理してスペクトル信号を得ることを特徴とする請求項1記載の動的設備の状態監視システム。   An envelope processing unit that envelopes n synthetic vibration waveform signals obtained by the frequency measurement unit is provided, and the fast Fourier transform processing unit inputs a post-envelope synthetic vibration waveform signal generated by the envelope processing unit The dynamic equipment state monitoring system according to claim 1, wherein a spectrum signal is obtained by performing a fast Fourier transform process. 前記n個の振動源から発生する合成振動波は合成音波であり、前記合成振動波を受信可能なn個のセンサに代えて、単一指向性を備えて方向をn回転換して前記n個の振動源から発生する合成音波を測定可能なマイクロホンを備え、前記周波数測定部は、前記マイクロホンで受信された合成音波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号としてn個の合成音波形信号を得ることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の動的設備の状態監視システム。   The synthesized vibration wave generated from the n vibration sources is a synthesized sound wave, and instead of n sensors capable of receiving the synthesized vibration wave, the direction is changed n times with a single directivity and the n is changed. A microphone capable of measuring a synthesized sound wave generated from each vibration source, and the frequency measuring unit processes the synthesized sound wave received by the microphone to obtain n synthesized vibration waveform signals as n synthesized vibration waveform signals. The dynamic equipment state monitoring system according to claim 1, wherein a signal is obtained. n(n:2以上の整数)個の振動源が存在する環境において、前記n個の振動源から発生する合成振動波形を分離可能な動的設備の状態監視方法であって、
前記n個の振動源から発生する合成振動波をn個のセンサを用いて受信する受信工程と、
前記受信工程で受信された合成振動波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号を得る周波数測定工程と、
前記周波数測定工程で得られたn個の合成振動波形信号を高速フーリエ変換処理してスペクトル信号を得る高速フーリエ変換処理工程と、
前記高速フーリエ変換処理工程で得られたn個のスペクトル信号に対して、スペクトル毎に強度の差分を取って、他のいずれのスペクトル信号に対しても差分が正となるスペクトルのスペクトル信号のみを残して、他のスペクトルのスペクトル信号については0として、前記n個の振動源の内、最も近接する振動源から発生する振動波成分のみを分離する波形分離処理工程と、
前記波形分離処理工程で分離されたスペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理して最も近接する振動源からの振動波形信号を得る逆高速フーリエ変換処理工程と、
予め測定した前記最も近接する振動源からの正常時の振動波形信号と前記逆高速フーリエ変換処理工程で得られた前記最も近接する振動源からの振動波形信号の差分を演算する残差算出工程と、前記差分を所望のしきい値と比較して前記しきい値よりも乖離が大きい場合に前記最も近接する振動源が正常でないと判断する評価工程と、
を有することを特徴とする動的設備の状態監視方法。
In an environment where n (n is an integer of 2 or more) vibration sources are present, a state monitoring method for a dynamic facility capable of separating a composite vibration waveform generated from the n vibration sources,
Receiving a combined vibration wave generated from the n vibration sources using n sensors;
A frequency measurement step of processing each of the combined vibration waves received in the receiving step to obtain n number of combined vibration waveform signals;
A fast Fourier transform processing step of obtaining a spectrum signal by performing a fast Fourier transform on the n synthesized vibration waveform signals obtained in the frequency measurement step;
For the n spectral signals obtained in the fast Fourier transform processing step, a difference in intensity is taken for each spectrum, and only a spectral signal of a spectrum in which the difference is positive with respect to any other spectral signal. The waveform separation processing step of separating only the vibration wave component generated from the nearest vibration source among the n vibration sources, with the spectral signal of the other spectrum being set to 0,
An inverse fast Fourier transform processing step for obtaining a vibration waveform signal from the closest vibration source by performing an inverse fast Fourier transform process on the spectrum signal separated in the waveform separation processing step;
A residual calculation step of calculating a difference between a vibration waveform signal in a normal state from the closest vibration source measured in advance and a vibration waveform signal from the closest vibration source obtained in the inverse fast Fourier transform processing step; An evaluation step of comparing the difference with a desired threshold value and determining that the closest vibration source is not normal when the deviation is larger than the threshold value;
A state monitoring method for dynamic equipment, comprising:
前記周波数測定工程で得られたn個の合成振動波形信号をエンベロープ処理するエンベロープ処理工程を備え、前記高速フーリエ変換処理工程は、前記エンベロープ処理工程で生成されるエンベロープ処理後合成振動波形信号を入力し、高速フーリエ変換処理してスペクトル信号を得ることを特徴とする請求項4記載の動的設備の状態監視方法。   An envelope processing step for performing envelope processing on the n synthetic vibration waveform signals obtained in the frequency measurement step, and the fast Fourier transform processing step inputs the post-envelope synthetic vibration waveform signal generated in the envelope processing step 5. The dynamic equipment state monitoring method according to claim 4, wherein a spectrum signal is obtained by performing a fast Fourier transform process. 前記n個の振動源から発生する合成振動波は合成音波であり、前記受信工程は、前記n個のセンサに代えて、単一指向性を備えて方向をn回転換して前記n個の振動源から発生する合成音波をマイクロホンを用いて測定する受信工程であって、前記周波数測定工程は、前記マイクロホンで受信された合成音波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号としてn個の合成音波形信号を得ることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の動的設備の状態監視方法。   The synthesized vibration wave generated from the n vibration sources is a synthesized sound wave, and the reception step changes the direction n times with a single directivity instead of the n sensors, and the n number of the vibration sources are changed. A reception step of measuring a synthetic sound wave generated from a vibration source using a microphone, wherein the frequency measurement step processes each of the synthetic sound waves received by the microphone to obtain n synthetic vibration waveform signals. 6. The dynamic equipment state monitoring method according to claim 4, wherein a synthesized sound waveform signal is obtained. コンピュータによって、n個の振動源から発生する合成振動波形を分離するために実行される動的設備の状態監視プログラムであって、
前記n個の振動源から発生する合成振動波をn個のセンサを用いて受信する受信工程と、
前記受信工程で受信された合成振動波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号を得る周波数測定工程と、
前記周波数測定工程で得られたn個の合成振動波形信号を高速フーリエ変換処理してスペクトル信号を得る高速フーリエ変換処理工程と、
前記高速フーリエ変換処理工程で得られたn個のスペクトル信号に対して、スペクトル毎に強度の差分を取って、他のいずれのスペクトル信号に対しても差分が正となるスペクトルのスペクトル信号のみを残して、他のスペクトルのスペクトル信号については0として、前記n個の振動源の内、最も近接する振動源から発生する振動波成分のみを分離する波形分離処理工程と、
前記波形分離処理工程で分離されたスペクトル信号を逆高速フーリエ変換処理して最も近接する振動源からの振動波形信号を得る逆高速フーリエ変換処理工程と、
予め測定した前記最も近接する振動源からの正常時の振動波形信号と前記逆高速フーリエ変換処理工程で得られた前記最も近接する振動源からの振動波形信号の差分を演算する残差算出工程と、前記差分を所望のしきい値と比較して前記しきい値よりも乖離が大きい場合に前記最も近接する振動源が正常でないと判断する評価工程と、
を実行させることを特徴とする動的設備の状態監視プログラム。
A dynamic facility condition monitoring program executed by a computer to separate a composite vibration waveform generated from n vibration sources,
Receiving a combined vibration wave generated from the n vibration sources using n sensors;
A frequency measurement step of processing each of the combined vibration waves received in the receiving step to obtain n number of combined vibration waveform signals;
A fast Fourier transform processing step of obtaining a spectrum signal by performing a fast Fourier transform on the n synthesized vibration waveform signals obtained in the frequency measurement step;
For the n spectral signals obtained in the fast Fourier transform processing step, a difference in intensity is taken for each spectrum, and only a spectral signal of a spectrum in which the difference is positive with respect to any other spectral signal. The waveform separation processing step of separating only the vibration wave component generated from the nearest vibration source among the n vibration sources, with the spectral signal of the other spectrum being set to 0,
An inverse fast Fourier transform processing step for obtaining a vibration waveform signal from the closest vibration source by performing an inverse fast Fourier transform process on the spectrum signal separated in the waveform separation processing step;
A residual calculation step of calculating a difference between a vibration waveform signal in a normal state from the closest vibration source measured in advance and a vibration waveform signal from the closest vibration source obtained in the inverse fast Fourier transform processing step; An evaluation step of comparing the difference with a desired threshold value and determining that the closest vibration source is not normal when the deviation is larger than the threshold value;
A condition monitoring program for dynamic equipment, characterized in that
前記周波数測定工程で得られたn個の合成振動波形信号をエンベロープ処理するエンベロープ処理工程を備え、前記高速フーリエ変換処理工程は、前記エンベロープ処理工程で生成されるエンベロープ処理後合成振動波形信号を入力し、高速フーリエ変換処理してスペクトル信号を得ることを特徴とする請求項7記載の動的設備の状態監視プログラム。   An envelope processing step for performing envelope processing on the n synthetic vibration waveform signals obtained in the frequency measurement step, and the fast Fourier transform processing step inputs the post-envelope synthetic vibration waveform signal generated in the envelope processing step The dynamic facility state monitoring program according to claim 7, wherein a spectrum signal is obtained by performing a fast Fourier transform process. 前記n個の振動源から発生する合成振動波は合成音波であり、前記受信工程は、前記n個のセンサに代えて、単一指向性を備えて方向をn回転換して前記n個の振動源から発生する合成音波をマイクロホンを用いて測定する受信工程であって、前記周波数測定工程は、前記マイクロホンで受信された合成音波をそれぞれ処理してn個の合成振動波形信号としてn個の合成音波形信号を得ることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の動的設備の状態監視プログラム。   The synthesized vibration wave generated from the n vibration sources is a synthesized sound wave, and the reception step changes the direction n times with a single directivity instead of the n sensors, and the n number of the vibration sources are changed. A reception step of measuring a synthetic sound wave generated from a vibration source using a microphone, wherein the frequency measurement step processes each of the synthetic sound waves received by the microphone to obtain n synthetic vibration waveform signals. 9. The dynamic facility state monitoring program according to claim 7, wherein a synthesized sound waveform signal is obtained.
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